DE1792477A1 - Geraet und Verfahren zum Unterdrucksetzen von Materialien - Google Patents

Description

Peter Frank Rossmann Grosse Point Farms

Michigan 48 236 / USA

Gerät und Verfahren zum Unterdrucksetzen .von Materialien,

Die Erfindung betrifft ein Gerät und ein Verfahren, durch welche ein Material allseitig unter hohen Druck gesetzt werden kann.

Atfgabe der Erfindung ist die Schaffung eines verbesserten Verfahrens zur Veränderung der Eigenschaften von Feststoffen durch die Ausübung eines hohen Druckes auf diese mit oder ohne gleichzeitige Erwärmung des Materials.

Aufgabe der Erfindung ist ferner die Schaffung eines verbesserten Gerätes zur Verwendung in einem Verfahren der vorangehend beschriebenen Art, welches Gerät leicht aus hochfesten hitzebeständigen Metallen, in gedrängter Form und ausreichend billig hergestellt werden kann, so daß es

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bei jedem Zyklus bis zur Zerstörung beansprucht werden kann und zur Verwendung mit einer elektromagnetischen, elektrischen Widerstandsheiz- oder Induktionsheizeinrichtung wirksam gestaltet ist.

Die Erfindung ist in den Ansprüchen gekennzeichnet und im * folgenden anhand der Zeichnung beschrieben; es zeigen:

Fig. 1 eine halbschematische Ansicht in schaubildlicher Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemässen Hochdruck-Torsionspresse;

Fig. 2 eine Teilansicht im vertikalen Schnitt durch die Mitte nach der Linie 2-2 in Fig. 1, welche das Gerät nach Fig. 1 vor der Ausübung von Verdrehungsbeanspruchungen auf dieses zeigt;

Fig. 3 eine Ansicht ia vertikalen Schnitt ebenfalls nach

der linie 2-2 in Fig. 1, welche die Presse nach Fig. . im Zustand der Verdrehungsbeanspruchung zeigt;

Fig. 4 ein· schaubildliche Ansicht einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemässen Torsionspresse vor dar Ausübung von Verdrehungsinoaenten;

Fig. 5 wnd 6 Teilansichten im vertikalen Schnitt durch die Mitte nach der Linie 5-5 in Fig. 4 vor bzw. nach der VErformung durch die Ausübung von Verdrehungsmomenten;

Fig. 7 und 8 Teilansichten im vertikalen Schnitt durch die Mitte einer dritten Aus£ührungsform eines Endstopfens im unbeanspruchten bzw. im beanspruchten Zustand und

Fig. 9 und lo,- Fig.. 11 und 12 und Fig. 13 und 14 ähnliche paarweise Darstellungen einer vierten, einer fünften und einer sechsten Endstopfenausführungsform«

Um das Verständnis zu erleichtern, wird das erfindungsgemässe Verfahren zum Teil in Verbindung mit Jei? Beschreibung des Aufbaus und der Wirkungsweise der erfindungsgemässen Torsionspresse beschrieben. In Fig. I₁ 2 und 3 ist eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemässen Torsionspresse 2o in halbscheEatischer Form dargestellt, wobei Fig. 1 und 2 den unbeanspruchten Zustand zeigt, während in Fig. 3 die Presse dargestellt ist, nachdem sie voll spannungsverformt worden ist, um dadurch eine in ihr enthaltene Materialfüllung unter Druck zu setzen.Das Hauptelement der Presse 2o ist ein rohrförmiger Teil in Form eines dickwandigen hohlen zylindrischen Schaftes mit einer zylindrischen Aussenfläche 22 und einer

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gleichachsigen durchgehenden Bohrung 24, die einen Hohlraum zur Aufnahme einer Füllung eines in der Presse nach dem erfindungsgemässen Verfahren, das nachstehend näher beschrieben wird, in der Presse zu behandelnden Rohmaterials 26 bildet. Die Bohrung 24 ist vorzugsweise, jedoch nicht notwendigerweise, an jeder der entgegengesetzten Endflächen ^ 28 und 3o des Rohres 2o offen, um das Einbringen der Füllung 26 zu erleichtern.

In den meisten Fällen wird die Füllung durcia ein Feststoffmaterial in Pellet-Form, in Form einesPuders, in körniger oder pulveriger Form gebildet, das in die Bohrung 24 eingeschüttet oder in dieser vorgetrieben und vorverdichtet werden kan% beispielsweise durch die Verwendung geeigneter Füllstempel, die in den entgegengesetzten Enden der Bohrung axial gleitbar sind. Diese anfängliche Verdic htung der Füllung w 26 ist gewöhnlich ausreichend, sie bis zu einem Punkt zu verdichten, bei welchem sie zeitweilig als verdichtete Masse in der Bohrung in ihrer Lage bleibt. Zwischen den entgegengesetzten Endflächen 32 und 34 der vorverdichteten Füllung 26 und den benachbarten Endflächen 28 und 3o des Rohres ist ein geeigneter axialer Abstand vorgesehen.

Die Füllung wird dann im Rohr 2o dadurch begrenzt, daß die Enden der Bohrung 24 verschlossen werden. Vorzugsweise ge-

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-s-

■ schient dies dadurch, daß in jedes Ende der Bohrung 24 Haltestopfen eingesetzt werden. Wie sich aus Fig. 1-3 ergibt, können diese Endstopfen durch zwei zusammengesetzte zweiteilige Stopfen 36, 38 und 37, 39 gebildet werden. Die Teile 36 und 37 sind zylindrische Körper aus einem halbstarren Material wie Pyrophyllit, das ein vulkanisches Gestein ist, welches die Eigenschaft hat, unter hohem Druck zu fliessen, jedoch beim Durchsickern aus dem Druckbereich heraus sofort ™ erstarrt und die Füllung.an Austreten hindert. Die Stopfen 36 und 37 werden je einer in jedes Ende der Bohrung eingesetzt und gegen die zugeordneten Endflächen 32 und 34 der Füllung gepreßt. Hierauf wird der andere Teil des zusammengesetzten Endstopfens, der durch eine Scheibe 38 aus einem starren metallischen Material gebildet wird, endweise in jedes Ende der Bohrung 24 bis zur Anlage an den Stopfen 36 und 37 eingeführt. Die Scheiben 38 und 39 sitzen mit enger Passung innerhalb der Bohrung 24 und werden im Rohr 2o bleibend durch | eine Umfangsschweißraupe 4o gesichert.

Nachdem die Presse 2o in der vorangehend beschriebenen Weise gefüllt und verschlossen worden ist, wird sie an jedem Ende mechanisch von einer nicht gezeigten, geeigneten Drehmomentausübungsvorrichtung, beispielsweise von einem Schlüssel* nechanis&us erfaßt, der geeignete Köpfe zum Ansetzen an jedem der Enden des Rohres 2o aufweist und Bewegungsarme besitzt,

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die dazu dienen, Spannungskräfte, die auf die vom Rohr abgelegenen freien Enden der Arme ausgeübt varden, in Drehmomente umzuwandeln, die gleichachsig, jedoch in entgegengesetzten Richtungen um die Achse 42 des Rohres 2o wirken. Um den gegenseitigen Eingriff des Rohres 2o und der Drehmomentausübungsinstrumente zu erleichtern, haben die sntgegenge- ^. setzten Enden des Rohres 2o in den in Fig. 1 mit 44 und 46 bezeichneten Zonen vorzugsweise eine nicht kreisförmige Aussenfor», beispielsweise eine quadratische, hexagonale oder eine andere polygonale Form, oder sie^vkönnen mit einer Vielzahl von Aussenzahnen oder Keilnuten versehen sein, welche mit komplementären Innenzähnen oder Keilnuten des Schlüssels oder des Drehmomentausübungsinstruments in Eingriff gebracht werden tonnen, um einen formschlüssigen Eingriff statt eines Reibungseingriffs zu erzielen. Die Drehmomentausübungszenen 44 und 46 haben zumindest axial die gleiche Erstreckung wie " die Endstopfen 38 und 39« Ein geeignetes Spiel ist für die axiale Schrumpfung des Rohre3 2ο während seiner Verdrehungsbeanspruchung vorgesehen, wie sich aus dem Nachfolgenden ergibt.

Nachdem die Drehmomentausübungsvorrichtungen mit dem Rohr gekuppelt worden sind, werden sie betätigt, um entgegengesetzt wirkende Drehmomente an den entgegengesetzten Enden des Rohres zu entwickeln, wie durch die Pfeile .5o und 52

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in Fig, 1 angegeben, so daß die Enden 44 und 46 in entgegengesetzten Richtungen verdreht werden. Diese Verdrehungsbeanspruchungen mit entgegengesetztem Drehsinn verursachen eine Verformung des Rohres, wie im übertriebenen Maße durch die mit voll ausgezogenen Linien gezeichnete Kontur des Rohres 2o in Fig. 3 angegeben, in welcher die ursprüngliche unbeanspruchte Kontur des Rohres ist gestrichelten Linien dargestellt ist..Diese-VErformung ist ferner;aus dem VErgleich der mit voll ausgezogenen Linien gezeichneten Form des Rohres 2o in Fig. 1, welche den unbelasteten Zustand darstölltg, mit der ait gestrichelten Linien gezeichneten Form in Fig. 1 ersichtlich, welche die spannungsverformte Kontur des Rohres zeigt, die sich aus den Tomonsspannungen ergibt, welche durch die strichpunktierte»■'■ s-ehi;auben£öriaigen-. Zugspannungs linien 51 schematisch dargestellt sind» JDiu Verformung, welche die Folge dieses Beanspruchungsverfaiireiis ist, unterzieht die Werkstückfüllung 26 allseitigen Druck*- kräften, d.h. sowohl radial als such axial, wegen der hierdurch herbeigeführten diametralen VErengung der Bohrung 24 und der axialen Einwärtsbewegung der Endflächen 32 und 34, da die Endstopfen in Richtung zueinander gezogen und gequetscht werden infolge der kumulativen Wirkung der axialen Kontsktion des Rohres 2o und der Extrusion der halbstarren Nasenteile und 37-der zusammengesetzten Enifetopfen (Fig. 2 und 3).

Die gegensinnige VErdrehungsbeanspruchung wird normalerweise stetig zunehmend ausgeübt, bis die gewünschte Spitzenspannung erreicht ist. Die Torsionskraft-Drehmomente können jedoch auch in beliebiger gewünschter bestimmter Weise, z.B. in Stufen mit verschiedenen Änderungsgeschwindigkeiten in jeder Stufe, mit oder ohne Perioden stetigen Zustandes zwischen den Stufen oder am Ende des Zyklus und/oder mit Kraftum-

™ kehrungen bei bestimmten Stufen des Zyklus,, auf welche eine erneute Ausübung der Kräfte folgt. Die Torsionskraft-DRehmomente können mechanisch ausgeübt werden, wie vorangehend beschrieben, oder durch geeignete elektrisch oder hydraulisch betätigte Vorrichtungen, wie es dem mit der Hochdrucktechnik vertrauten Fachmann bekannt ist. Die Geschwindigkeit der Ausübung von Torsionsspannungskräften kann auch als Änderungsgeschwindigkeit der Temperatur der Werkstückfüllung 26 bei deren Erwärmung programmiert werden,

fe wie nachfolgend beschrieben wird, und zwar in einer Weise, die sich für die Eigenschaften des Füllungsmaterials am besten eignet.

Je nach der Art der in der erfindungsgemässen Torsionspresse zu behandelnden Füllung sowie nach der besonderen ARt und Weise, in welcher das Gerät verwendet wird, kann die Entnahme der behandelten Füllung 26 dadurch geschehen, daß zuerst die Spannungen vom Rohr 2o weggenommen werden und

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dann die Enden der Bohrung 24 für den Zugang zur Füllung geöffnet werden. BEi den meisten erfindungsgeroässen Prozessen, die bei verhältnismässig niedrigen Temperaturen durchgeführt werden, 2.B. bei Temperaturen unterhalb denjenigen, die eine bleibende Umwandlung des Materials des Rohres 2o verursachen und bei welchen zerstörungsfreie Spannungen verwendet werden, kann ein solcher Zugang dadurch erhalten werden, daß die Endstopfen entfernt werden und die zusammengedrückte und verdichtete Füllung aus der Bohrung 24 mittels eines geeigneten Ausdrucks teatpels aus geschoben wird. Bei Hochtemperatur- und/oder Zerstörenden Anwendungsformen des erfindungsgemässen Gerätes, beispielsweise bei den nachstehend beschriebenen, kann die· Entnahme der behandelten Füllung dadurch geschehen, daß durch das Rohr 2o bündig mit den inneren Enden der Endstopfen hindurchgeschnitten wird, oder selbsttätig durch Zerstören des Rohres 2o während des Prozesses.

Fig. 4, 5 und 6 zeigen eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemässen Torsionspresse nit einem rohrförmigen Teil loo, welcher der Torsionspresse 2o mit Ausnahme seiner äusseren Gestaltung ähnlich ist. Das Rohr loo besitzt eine zylindrische Aussenflache Io2, die sich axial über den grösserep Teil der Gesamtlänge des Rohres erstreckt und ait einer Erweiterung in der Gestalt von angefomten zvlindri-

-loschen Naben Io4 und I06 von grösserem Durchmesser als der Teil Io2 endet. Der grössere Durchmesser der Naben Io4 und Io6 dient dazu, die Verdrehungskräfte an den verformbaren Stopfen 30 und in dem Teil Io2 von verringertem Durchmesser zwischen den Naben zu konzentrieren. Daher ist, wie sich am besten aus dem Vergleich des unbeanspruchten und d?s beanspruchten Zustandes des Rohres loo, die in Fig. 5 und 6 dargestellt sind, ergibt, die Verformung der erweiterten Enden Io4 und Io6 geringer als diejenige des Teils Io2 von verringertem Durchmesser bei einer gegebenen gegensinnigen Torsionsspannung, die an den Enden Io4 und Io6 ausgeübt wird. Der starre metallische Stopfen Io8, der durch eine Ümfangsschweißraupe Ho an der Nabe Io4 befestigt ist, hat im wesentlichen die gleiche axiale Erstreckung wie die zugeordnete Nabe und hat das Bestreben, diese gegen Verformung abzustützen.

Fig. 7 und 9 zeigen den unbeansprachten und den beanspruchten Zustand einer Torsionspresse mit VErwendung des Rohres loo und des verformbaren Innenstopfens 36 der zweiten Ausführungsform nach Fig. 4-6 jedoch weicht der metallische starre äussere Teil des zusammengesetzten Endstopfens insofern ab, als er in Form einer Schraube 112 mit einem Sechskantkopf 113 hergestellt ist, der ausserhalb der Nabe Io4 von deren Endfläche 114 nach aussen angeordnet ist, wobei ein

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Aussengewindeteil 116 mit einem Innengewinde 118 in Eingriff gebracht werden kann, das im Ende der Bohrung 24 vorgesehen ist, während ein glatter zylindrischer Nasenteil 12o mit enger Passung in den gewindefreien Teil der Bohrung 24 eingesetzt werden kann.

Der Stopfen 112 kann daher leicht aus dem Rohr loo entfernt μ werden und wird in denjenigen Anwendungsfällen bevorzugt, bei welchen die Torsionspresse für mehrere Zyklen wiederverwendbar ist. Der Stopfen 112 ist ferner vorteilhaft, da er eine zweckmässige Vorrichtung zur Ausübung eines anfänglichen axialen Verdichtungsdruckes auf die Füllung 26 vor der Torsionsbeanspruchung des Rohres loo bildet. Ein identischer Stopfen 112 kann am entgegengesetztanBnde des Rohres loo (nicht gezeigt) verwendet werden oder ss kann einer der vorangehend oder der nachfolgend beschriebenen Endstopfen am anderen Ende in Verbindung mit dem Stopfen 112 " benutzt werden.

Fig. 9 und Io zeigen den unbelasteten und den belasteten Zustand einer weiteren Aus führung s form, bei welcher kein Verformbarer Stopfen 36 im Rohr loo verwendet wird. Bei dieser Ausführungsform ist ein entfernbarer, mit einem Schraubengewinde, versehener Endstopfen 12o vorgesehen, der dem Stopfen 112 ähnlich ist, jedoch einen etwas längeren zylindrischen

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Nasenteil 122 aufweist, der vorzugsweise aus einem kalthänunerbaren Material besteht und von einer Form ist, die eine enge Passung in der Bohrung 24 ergibt und nach innen über das innere Ende der Nabe 4 hinaus übersteht, so daß er den Teil Ip2 axial überlappt, d.h. seine Endfläche 123 ist von dem benachbarten Ende des Teils Io2 des Rohres etwas nach innen angeordnet. Bei dieser Anordnung wird durch die Ausübung der Gegensinn-Verdrehungsspannung auf das Rohr loo der Nasenteil 122 des Stopfens 12o auf die in Fig. Io dargestellte Gestalt verformt, wodurch ein axialer Druck auf die Werkstückfüllung 26 zusätzlich zu den axialen Druckkräften entwickelt wird, die durch die axiale Kontidktion des Rohres loo beim Verdrehen desselben entwickelt werden.

Fig. 11 und 12 zeigen den unbelasteten und den belasteten Zustand einer fünften Ausführungsform, bei welcher ein einteiliger verformbarer Endstopfen 13o im Ende der Bohrung 24. durch eine Schweißraupe 132 ähnlich wie bei den Stopfen 38 und Io8 befestigt wird. Der Stopfen 13o erstreckt sich von dem Ende.lo4 nach innen, um den Teil Io2 von verringertem Durchmesser axial zu überlappen, so ctö bei der Ausübung einer Verdrehungsspannung auf das Rohr loo durch die stärkere Spannungsanhäufung im Teil Io2 das innere Ende des Stopfens 1S2 so geklemmt wird, daß dessen Nase 134 die in Fig. 12 mit Übertreibung dargestellte Form erhält.

Fig.13 und 14 zeigen ebenfalls das Rohr loo in seinem unbelasteten und in seinem belasteten Zustand, wobei ein hohler becherförmiger Endstopfen 14o anstelle des Stopfens 13o vorgesehen ist. Der Stopfen 14o ist an seinem offenen Ende bündig mit der Endfläche 114, während seine ballige Endwand 142 an dem einen Ende der Füllung 26 anliegt. Durch die Kohlform des Stopfens 14o wird ein leichter verformbarer Nasenteil 144 erhalten. ™

Gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens wird ein Sintermetallstab bzw. eine Sintermetallstange durch die Verwendung der erfindungsgemässen Torsionspresse, vorzugsweise die in Verbindung mit Fig. 7 und 8 oder 9 und Io beschriebene in der folgenden Weise gebildet. Das unbelastete Rohr loo wird durch seine offenen Enden mit einer Füllung aus einem Metallpulvermaterial, wie Eisenpulver oder Eisenoxydpulver (Fe₂O₃) versehen, wie es gewöhn- ä lieh bei Pulvermetillurgieverfahren verwendet wird, und das lose Pulver wird mit in die offenen Enden der Bohrung 24 eingesetzten Stempeln gestampft, um die Füllung anfänglich ausreichend zu verdichten, damit sie in ihrer Lage in der Bohrung 24 gehalten wird, beispielsweise mit ziealieh niedrigen Verdichtungsdrücken von etwa 7 lcg/cm (loo psi). Sodann werden die Enden der Bohrung unter Verwendung entweder des zusammengesetzten entfernbaren Stopfens 112-36 oder des einteiligen entfernbaren Stopfens 12o verschlossen,

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welche Stopfen in die entgegengesetzten Enden der Bohrung eingeschraubt und ausreichend angezogen werden, um eine anfängliche Verdichtungskraft von etwa 7o kg/cm (looo psi) zu entwickeln. Hierauf wird das gefüllte und verschlossene Rohr loo Gegensinn-TorsionsSpannungen, wie vorangehend beschrieben, unterzogen, wobei die Enden des Rohres in entgegengesetzten Richtungen verdreht werden, wodurch all-

^w seitige Druckkräfte auf das Eisenpulver in der Bohrung 24 entwickelt werden, durch welche die Füllung sowohl radial als auch axial unter Drücken verdichtet wird, die im Bereich

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von etwa 7oo kg/cm (etwa Io ooo psi) bis etwa 7ooo kg/cm (etwa loo ooo psi) oder höher liegen können.

Die Torsionspresse kann Raumtemperatur haben oder es kann der Presse Wärme zugeführt werden, um deren Temperatur je nach Art des Materials massig zu erhöhen. Gegebenenfalls fc kann ein modifizierter Endstopfen, der dem Stopfen 112 ähnlich ist, verwendet werden, der eine mit einem Sieb versehene axiale Entlüftungsöffnung aufweist, so daß vor der Spannungsausübung die Pulverfüllung dadurch unter Vakuum gesetzt werden kann, daß die Entlüftungsöffnung is» Endstopfen mit einer Unterdruckquelle verbunden wird, um Luft aus der Füllung abzusaugen. Vorzugsweise wird der Endstopfen w&hrend der Absaugstufe allaählich eingeschraubt, um der Füllung . eine Vorverdichtung mitzuteilen. Die Entlüftungsöffnung wird

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dann dadurch verschlossen, daß ein Schaft in die Entlüftungsöffnung eingesetzt und mit der Endfläche des Stopfens verschweißt wird. Die Spannungsausübung kann auch bei herabgesetzten Temperaturen sowie unter einem Vakuum, beispielsweise in einer kühlenden Umgebung durchgeführt werden, um Wärme vom Rohr loo bei dessen Verdrehungsbeanspruchung zur VErdichtung der Füllung abzuziehen. Die Vakuum- und Nieder- temperaturumgebung wirken sich in einer erhöhten Enddichte aus, die im Preßling in der Spannstufe erzielt wird.

Nach dem Abschluß der Spannstufe werden die Spannungen weggenommen, so daß sich das Rohr loo entspannen kann. Wenn das Rohr aus einem Material wie hochfester Stahl hergestellt ist, läßt das allmähliche Lösen der Tor» ions spannungen g?a, daß das Rohr zumindest teilweise in seine ursprüngliche unbelastete Form zurückkehrt, was zur Folge hat, daß sich die Bohrung 24 radial erweitert, wodurch das Herausschrauben f

der Endstopfen sowie das axiale Herausdrücken des in der ■ Bohrung 24 gebildeten verdichteten Stabes erleichtert wird. Die Pulverdichte des hochverdichteten Stabes kann sich infolge der extrem hohen allseitigen Drücke, denen er unterzogen wird, dtr theoretischen Dichte des Matriais annähern. Infolge der über die länge der zylindrischen Oberfläche des Preßlings während der Spannstufe ausgeübten radialen Drücke wird eine sehr wünschenswerte Verbesserung im radialen Dichte-

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gradienten und im axialen Dichtegradienten im Stabpreßling erzielt.

Die nächste Stufe ist das Sintern des Preßlings bei der üblichen Sintertemperatür für das verwendete besondere Material, beispielsweise 1.121⁰C (2.o5o°F) im Falle von Eisenpulvern, in einer reduzierend wirkenden Atmosphäre, wie dissoziiertes Ammoniak, während eines geeigneten Zeitraums von beispielsweise 1 Stunde, um hierdurch eiiren hochfesten Stab von glatter Oberfläche zu bilden, der in seinen Eigenschaften dem Stahl eng angenähert ist. Ausserdem hat der fertige Stab gleichmässig über seine volle Länge eine höhere Dichte benachbart seinem Umfang als in seiner Mitte infolge der radialen Ausübung der Verdichtungskraft auf diesen, wodurch wiederum die Stange gut zur übertragung von Torsionskräften in solchen Anwendungsfällen wie Drehstabfedern und Antriebswellen geeignet gemacht wird.

Bei einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens werden extrem hohe Temperaturen und Drücke zur Umwandlung einer Rohmaterialfüllung in seine kristalline Form beispielsweise zur Umwandlung von Kohlenstoff in Form von Graphit in die Form von Diamanten verwendet. Bei diesem VErfahren wird das Graphit-Rohmaterial in seiner gewöhnlichen Pulverform in die vorangetoid beschriebene erfindungsgemässe

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Torsionspresse eingefüllt und wird vorzugsweise ein Rohr loo von der in Fig. 4, 5 und 6 gezeigten Art und der zusammengesetzte verformhare Stopfen Io8-36 verwendet. Das gefüllte und verschloisene Rohr loo wird dann in eine Heizkamraer gebracht, beispielsweise von der Art, wie sie durch den Raum gebildet wird, der zwischen zwei feuerfesten Wänden 15o und 152 begrenzt wird, wie in Fig. 3 schematisch dargestellt. Die Enden des Rohres loo ragen über die Aussenseite der {|

Kammer durch geeignete Wandöffnungen 154 und 156 hindurch hinaus, welch letztere das unbelastete Rohr 2o bzw. loo gleichachsig eng umgeben. Eine geeignete hitzebeständige Dichtungseinrichtung kann um die Öffnung 156 herum vorgesehen werden, um während der nachfolgenden Spannstufe die radiale Kontraktion des Rohres aufzunehmen, die auch, obwohl in einem verringerten Maße, benachbart den Nabenenden des Rohres auftritt.

Sodann werden die Gegensinn-Torsionsspannungen an den entgegengesetzten, überstehenden Enden des Rohres ausgeübt und gleichzeitig wird die Werkstückfüllung 26 aus Graphit im Rohr erhitzt. Die Torsionsspannung wird im allgemeinen gleichzeitig mit der Temperaturerhöhung verstärkt bis Drücke von etwa 7o ooo kg/cm CL»000.ooo psi) und Temperaturen oberhalb l.»93°C (oberhalb 2.ooo°F) in der Füllung 26 erreicht sind. Vorzugsweise wird der bekannte bei der Herstellung von

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Industriediamanten verwendete Katalysator mit der Graphitfüllung vermischt, um die Endtemperatur und den Enddruck herabzusetzen, die zur Umwandlung von Graphit in Diamant erforderlich sind. Verunreinigungen wie Bor, Beryllium oder Aluminium können der Ausgängsmischung des Graphits und des Katalysators zugesetzt werden, wenn andere Diamant-Endprodukte gewünscht werden, z,B. Temperaturfühlerdiamanten * mit Thermistor-Eigenschaften, oder es können andere Füllungsmischungen zur Herstellung von Diamanten von Edelsteinqualität benutzt werden.

Das ERhitzen der zusammengedrückten Graphitfüllung kann auf verschiedene Weise geschehen, beispielsweise durch eine offene Flamme, die durch ein Gas, öl oder aehr exotische Brennstoffe gespeist wird, oder sie kann durch eine elektrische Induktionsheizeinrichtung beheizt werden. Elektrib sehe Widerstandsheizung kann ebenfalls in der Weise angewendet werden, daß ein elektrischer Strom axial durch den Stab 2o oder loo geleitet wird, für welchen Zweck geeignete Elektroden an den Enden des Stabes befestigt werden. Bei der Herstellung von exotischen Materialien, wie Diamanten oder andere kristalline Materialien, die einen sehr hohen Energieaufwand für die Umwandlung erfordern, ist es wirtschaftlich durchführbar, die erfindungsgenässe Torsionepresse' zerstörend zu verwenden, um eine explosive Energie-

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anwendung zu erzielen. Vorzugsweise wird die Torsionsspannung zuerst auf das Rohr 2o oder loo bis zu einem Wert unterhalb der Streckgrenze des Rohrmaterials und bei einer verhältnismässig niedrigen Temperatur ausgeübt. Sodann wird Wärme dem Rohr loo zugeführt oder in diesem in sehr plötzlicher Weise erzeugt, um die Füllung zu erhitzen. Dies geschieht vorzugsweise durch die erwähnte elektrische Widerstands- μ

heizung des Rohres 2o durch ein sehr plötzliches Anlegen eines starken Stroms von einer Stromquelle, beispielsweise von einer Reihe von Speicherkondensatoren, die eine sehr rasche Stromentladung axial durch das Rohr herbeiführen können. Geeignete Schutzbedingungen und -Einrichtungen werden zur Durchführung dieses mit Explosionswirkung arbeitenden VErfahrens angewendet, da unter den vorgenannten Bedingungen das Rohr 2o mit explosiver Kraft zerbirst, jedoch nicht bevor gleichzeitig sehr hohe Drücke und Temperaturen auf die Füllung angewendet werden. Durch die Zerstörung der Tor- "

sionspresse wird automatisch deren Inhalt innerhalb des Ofen» und/oder der Explosionskammer herumgestreut und nachdem diese sich abgekühlt haben, «erden die Trümmer gesiebt, um die Diamantkristalle von/ dem übrigen Abfallmaterial rückzugewinnen.

Das für die Torsionskörper 2o oder loo bei dem vorangehend

beschriebenen Verfahren verwendete Material ist vorzugsweise

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ein hochfestes hitzebeständiges Metall, z.B. ein Metall mit einem Schmelzpunkt oberhalb etwa 1.9oo°C, wie Wolfram, Rhenium, Tantal, Molybdän usw.. Ein zufriedenstellendes, im Handel erhältliches Material ist unter der Bezeichnung Climelt TZM bekannt und ist eine Molybdänlegierung, die o,5 % Titan und 0,08 % Zirkon enthält. Die einfache hohlzylindrische Gestaltung der erfindungsgemässen Torsions- ** presse eignet sich zur Herstellung aus diesem Material durch das bekannte "arc-cast^M-Verfahren, das von der Climax Molybdenum Company of Michigan, Inc. entwickelt wurde, da es verhältnismäßig leicht ist, ein dickwandiges Rohr im "Vakuumarc-cast"-Verfahren unmittelbar auf die in der erfindungsgemässen Torsionspresse zu verwendende Form und Grosse herzustellen. Es ist daher wirtschaftlich durchführbar, dieses verhältnismässig teuere Material in der sich verbrauchenden Torsionspresse bei dem vorangehend beschriebenen Kristallin bildungsverfahren zu verwenden.

Die einfache zylindrische Gestaltung der erffndungsgenässen Torsionspresse und die Art und Weise der Innendruckerzeugung in dieser durch die Ausübung entgegengesetzter Drehmomente auf die Enden der Zylinder ergibt viele weitere Vorteile. Bei den VErfahren mit Anwendung von Induktionsheizung kann das Rohr 2o bzw. loo den Magnetkern der Induktionsspule bilden, welche schraubenförmig um die zylindrische Ober-

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fliehe 22 des Rohres herum und zwischen den Wärmeabschirmungen 15o und 152 gewickelt ist, tun eine wirksame Anwendung des elektrischen Heizfeldes auf die Werkstückfüllung 26 zu erhalten. Diese Art der Beheizung ist insofern vorteilhaft, als durch eine geeignete Korrelation der Frequenz und der zeitlichen Steuerung mit dem Material der Füllung die Füllung auf eine erhöhte Temperatur aufgeheizt werden kann, bevor das Material des Rohres auf eine solche Temperatur aufgeheizt wird. DAher behält, selbst wenn das Verfahren bis zur Zerstörung weitergeführt wird, infolge der Nacheilung der Rohrtemperatur gegenüber der Temperatur der Füllung das Rohr eine angemessene Festigkeit zur Ausübung der extrem hohen allseitigen Drücke auf die Füllung bei einer sehr hohen Temperatur derselben. Vom mechanischen und baulichen Gesichtspunkt aus ergibt die einfache zylindrische Gestaltung der erfindungsgemässen Torsionspresse und der Umstand, daß die Vorrichtungen zur Erzeugung der Torsionsspannung in Ebenen im rechten Winkel zur Achse des Rohres angeordnet werden können, eine wesentliche Rauneinsparung gegenüber den herkömmlichen Stempelpressen, welche ausstrordentlich lange entgegengesetzte Stempel und Zylinder und aisserordentlich schwere Tragkonstruktionen erfordern. Ausserde» können mit Hilfe der erfindungsgemässen Torsionspresse sehr hohe Drücke auf ein-Material in einem geschlossenen Hohlraum ausgeübt werden, ohne daß in der Kammer selbst rdativ bewegliche

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gleitende Teile vorhanden sind, wodurch die Probiene der Hochdruckabdichtung wesentlich vereinfacht werden.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Patentansprtiche:

   1. Gerät tür Ausübung allseitiger Drücke aufeine Rohmaterialfüllung, gekennzeichnet durch einen rohrförmigen Teii dt einem sich axial erstreckenden Füllungshohlraum, Mittel welche eine ZugangsSffnung zu diesen Hohlraum bilden, Mittel für den Verschluß dieser Zugangsöffnung zum Einschliessen einer Füllung in de» Hohlraum, und Mittel zur Ausübung entgegengesetzt wirkender Kraftdrehmomente auf den rohrförmigen Teil in Ebenen im rechten Winkel zur Achse dieses Teils an Zonen axial ausserhalb der entgegengesetzten axialen Enden des Füllungshohlraums;

   2. Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch eine Bohrung gebildet wird, die sich axial zumindest bis zum einen Ende des rohrförmigen Teils erstreckt, wobei die Verschlußmittel durch einen verformbaren Stopfen gebildet werden, der sich axial in der Bohrung benachbart dem genannten einen Ende derselben erstreckt, wobei Mittel den Stopfen am rohrförmigen Teil

   von der Füllung abgekehrt sichern.

   3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Stopfen ein zusammengesetzter Stopfen aus einem starren metallischen Teil ist, der mit enger Passung in der Bohrung angeordnet ist, wobei die Stopfenbefestigungs- bzw. Sicherungsmittel durch Eingriffsmittel zwischen dem starren Teil und dem rohrförmigen Teil gebildet werden, welcher starre Teil sich von den Eingriffsmitteln zu dem Hohlraum erstreckt, der zusammengesetzte Stopfen ferner durch eine verformbare Materialmasse gebildet wird,die zwischen dsm starren Teil und dem Füllungshohlrauni angeordnet ist und an ihrem Ende verformt werden kann, das der Füllung am nächsten liegt, wenn der rohrförmige Teil infolge einer Torsionsbeanspruchung eine diametrale Kontraktion erfährt.

   4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verformbare Materialmasse des zusammengesetzten Stopfens aus einem Pyrophyllit-Material besteht.

   5. Gerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß

   der starre Teil des Stopfens aus einem hitzebeständigen metallischen Material besteht.

   6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß

   der rohrförmige Teil aus einen hitzebeständigen metallischen Material besteht.

   7. Gerät nach Anspruch I₁ dadurch gekennzeichnet, daß der rohrföraige Teil eine zylindrische Aussenfläche besitzt, die sich gleichac hsig zu den Füllimgshohlraujn erstreckt, welche zylindrische Aussenfläche im wesentlichen die gleiche axiale Erstreckung wie der Füllungshohlraum hat.

   8. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der rohrförmige Teil an jedem Ende eine Nabe aufweist, deren Abmessung diametral zu dem rohrförmigen Element grosser als der Durchaesser der qlindrischen Aussenfläche ist.

   9. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlraum durch eine Bohrung gebildet wird, die sich axial zumindest bis zu dem einen Ende des rohrförmigen Teils erstreckt, die Verschlußmittel durch einen verformbaren Stopfen gebildet werden, der sich axial in der Bohrung benachbart dem genannten einen Ende erstreckt, und Mittel den Stopfen an dem rohrförmigen Teil von der Füllung abgekehrt sichern, der zusammengesetzte Stopfen mit seinem starren Teil im wesentlichen in radialer Ausfluchtung mit dem zugeordneten Nabenteil angeordnet ist, und die verformbare Masse des zumnengeseizten Stopfens sich in einem axial überlappenden Verhältnis zu der zylindrischen Aussenfläche erstreckt.

   Io. Gerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Endstopfen durch einen hohlen becherförmigen Teil gebildet wird, der an seinem einen Ende offen ist, welches offene Ende in der gleichen Richtung gerichtet ist wie das zugeordnete Ende aes rohrförmigen Teils und welcher becherförmige Teil mit seiner Endwand benachbart dem Fill lungs aufnahme raum des rohrförmigen Teils Angeordnet ist,

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   11. Verfahren zur Ausübung eines hohen Druckes auf ein Füllungsmaterial, dadurch gekennzeichnet, daß ein rohrförmiger Teil mit einem Hohlraum verwendet wird, Ar sich in der Richtung der Achse des rohrförmigen Teils erstreckt, wobei eine Öffnung den Hohlraum mit der Aussenseite des rohrförmigen Teils verbindet, der Hohlraum mit dem Material gefüllt wird, bis der Hohlraum mit dem Material vollständig gefüllt ist, die Öffnung des Hohlraums verschlossen wird, der rohrförmige Teil durch Ausübung von Gegensinn-Verdrehungsspannungen in Ebenen im rechten Winkel zur Achse des rohrförmigen Teils und an in Abstand voneinander befindlichen Stellen verdreht wird, die ausserhalb der entgegengesetzten Enden des Hohlraums des rohrförmigen Teils angeordnet sind, um hierdurch eine Kontraktion ([

   des Hohlraums zu bewirken und die Verdrehungsspannung auf das Material im Hohlraum als Druckkraft auf diese zu übertragen, worauf das verdichtete Material aus dem Hohlraum entfernt wird.

   12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Füllung im Hohlraum während der rohrfönsige

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   Teil einer VErdrehungsspannung ausgesetzt ist, beheizt wird. ·

   13. VErfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das im Hohlraum angeordnete Material im wesentlichen Graphit ist und der rohrförmige Teil mit einer ausreichenden Krtft beansprucht wird, und die Füllung mit einer ausreichenden Wärmezufuhr und während einer ausreichenden Zeit beheizt wird, um das Graphit in Diamanten umzuwandeln.

   14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung der Füllung ein elektrischer Strom durch die Füllung im Kohlraum geleitet wird.

   15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß zur Beheizung des Materials ein elektrischer Strom axial durch den rohrförmigen Teil geleitet wird, um eine Widerstandsheizung der Füllung im Hohlrau« zu bewirken.

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   16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Widerstandsheizpng durch rasches Entladen einer kapazitiven Stromquelle durch den rohrförmigen Teil hindurch geschieht.

   17. Verfahren nach Anspruch IS, dadurch gekennzeichnet, daß das Verdrehen durch allmähliches Verstärken der Torsionsspannung geschieht, die in entgegengesetzten Richtungen auf den rohrförmigen Teil ausgeübt wird, wobei die Füllung im Hohlraum des rohrförmigen Teils während eines bestimmten Zeitraums beheizt wird, welche Beheizung als Widerstandsheizung durch das Anlegen eines elektrischen Heizstroms an den rohrförmigen Teil durchgeführt wird, der ausreicht, den rohrförmigen Teil nach Ablauf des erwähnten Zeitraums zum Bersten zu bringen.

   18. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß . das Spannen durch die Ausübung von Verdrthungskräften auf den rohrförmigen Teil mit einem zunehmenden Grad geschieht, bit zerstörende Spannungen erreicht werden und der *>hrförmige Teil bricht.

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   19. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß beim Heizen die Zufuhr der Heizungsenergie zur Materialfüllung im Hohlraum im Verhältnis zur Ausübung der TorsionsSpannung auf den rohrförmigen Teil geregelt wird, um die- optimale Druck-Temperatur-Umwandlung des Materials im Hohlraum zu bewirken.

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