DE19512977A1

DE19512977A1 - Cold shrinking appts for rapid cooling of component inner surface

Info

Publication number: DE19512977A1
Application number: DE1995112977
Authority: DE
Inventors: Dieter Rebhan
Original assignee: Linde GmbH
Current assignee: Linde Gas AG
Priority date: 1995-04-06
Filing date: 1995-04-06
Publication date: 1996-10-10

Abstract

The component (4) to be cooled in not enclosed all round, such as a radially symmetrical component with at least one open end. The cold shrinking is carried out by a liquefied N2 or CO2, contacting the inner surface to be cooled. Prior to, or simultaneously with the liquefied gas supply into the component, a displacement body (5) of largest possible dimensions is inserted into the component. Pref. the displacement body comprises features enabling a change of its geometrical shape, a well as for grinding the liquefied gas.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen (Kaltschrumpfen) der Innenfläche eines Gegenstandes, wobei der Gegenstand nicht allseitig geschlossen ist, insbesondere ein radialsymmetrischer, an wenigstens einem Ende offener Gegenstand, mittels verflüssigten Gasen, wie flüssigem Stickstoff oder flüssigem Kohlendioxid, wobei das verflüssigte Gas in Kontakt mit der abzukühlenden Innenfläche gebracht wird, wobei, daß vor oder mit der Zuführung des verflüssigten Gases in den Gegenstand ein Verdrängungskörper 5, vorzugsweise größtmöglichen Ausmaßes, in den Gegenstand 4 eingeführt wird.The invention relates to a device for rapid cooling (cold shrinking) of the inner surface of an object, the object not being closed on all sides, in particular a radially symmetrical object which is open at at least one end, by means of liquefied gases, such as liquid nitrogen or liquid carbon dioxide, the liquefied gas is brought into contact with the inner surface to be cooled, whereby a displacement body 5 , preferably of the largest possible size, is introduced into the object 4 before or with the supply of the liquefied gas.

Verfahren zum schnellen Abkühlen von Gegenständen, im allgemeinen als Kalt schrumpfen bezeichnet, sind seit längerem bekannt. Kaltschrumpfverfahren werden insbesondere dazu verwendet, zwei Maschinenelemente miteinander zu verbinden. Hierbei kann das Kaltschrumpfen, je nach Werkstoffpaarung, zu einer lösbaren oder nicht lösbaren Verbindung zwischen den verbundenen Maschinenelementen führen. Beim Kaltschrumpfen von Gegenständen werden die zu "schrumpfenden" Gegen stände in ein Flüssig-Stickstoff-Bad getaucht. Die Gegenstände sind hierbei zur Gänze mit flüssigem Stickstoff bedeckt. Die Verweilzeit in diesem Flüssig-Stickstoff-Bad be stimmt das Schrumpfmaß der Gegenstände. Derartige bekannte Verfahren müssen jedoch erheblich modifiziert werden, wenn nur bestimmte Teile oder Flächen der Ge genstände schnell abgekühlt also kaltgeschrumpft werden sollen. Neben der Verwendung von Flüssig-Stickstoff zum Kaltschrumpfen von Gegenständen, können zu diesem Zwecke theoretisch eine Vielzahl von verflüssigten Gasen verwendet werden. In der Regel wird dazu jedoch entweder flüssiger bzw. verflüssigter Stickstoff oder flüssiges bzw. verflüssigtes Kohlendioxid verwendet. Aufgrund seiner Vorteile, wie z. B. Kosten, einfachere Lagerung und Transport, eignet sich insbesondere Flüssig- Stickstoff zum schnellen Abkühlen bzw. Kaltschrumpfen der Innenfläche von Gegenständen.Process for rapid cooling of objects, generally as cold called shrink have been known for a long time. Cold shrink process used in particular to connect two machine elements together. Depending on the material combination, cold shrinking can become a detachable or lead non-detachable connection between the connected machine elements. When objects are cold-shrunk, they become "shrinkable" would be immersed in a liquid nitrogen bath. The objects are all here covered with liquid nitrogen. The residence time in this liquid nitrogen bath be the shrinkage of the objects is correct. Such known methods must however, be significantly modified if only certain parts or areas of Ge objects should be cooled down quickly, i.e. shrunk cold. In addition to the Using liquid nitrogen to shrink items cold, too theoretically, a large number of liquefied gases can be used for this purpose. As a rule, however, either liquid or liquefied nitrogen or liquid or liquefied carbon dioxide used. Because of its advantages, such as. B. Costs, easier storage and transport, is particularly suitable for liquid Nitrogen for rapid cooling or cold shrinking of the inner surface of Objects.

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zur schnellen Abkühlung der Innenfläche eines Gegenstandes anzugeben. Insbesondere soll die schnelle Abkühlung der Innenfläche eines radialsymmetrischen, an wenigstens einem Ende offenen Gegenstandes möglich sein. Des weiteren soll der dazu notwendige Bedarf an verflüssigtem Gas so gering als möglich gehalten werden.The aim of the present invention is to provide a device for rapid cooling of the Specify the inside surface of an object. In particular, the fast Cooling the inner surface of a radially symmetrical, at least one end open object. Furthermore, the necessary need for liquefied gas can be kept as low as possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß vor oder mit der Zuführung des verflüssigten Gases in den Gegenstand, dessen Innenfläche gekühlt werden soll, ein Verdrängungskörper in den Gegenstand eingeführt wird.This object is achieved in that before or with the feed the liquefied gas into the object whose inner surface is to be cooled, a sinker is inserted into the object.

Der in den Gegenstand eingeführte Verdrängungskörper sollte dazu vorzugsweise größtmögliche Ausmaße aufweisen.The displacement body inserted into the object should preferably do so have the greatest possible dimensions.

Durch die Einführung des Verdrängungskörpers wird der Flüssig-Gas-Bedarf erheblich gesenkt. Um den Flüssig-Gas-Bedarf weiter zu senken, sollten die Ausmaße des Verdrängungskörpers so gewählt werden, das ein Einführen des Verdrängungskörpers in den Gegenstand gerade noch möglich ist. Es ist jedoch selbstverständlich darauf zu achten, daß zwischen dem Verdrängungskörper und der zu kühlenden Innenfläche des Gegenstandes genügend Raum verbleibt, der ein Leiten bzw. Strömen des für die Kühlung der Innenfläche benötigten verflüssigten Gases ermöglicht.With the introduction of the displacement body, the liquid gas requirement becomes significant lowered. In order to further reduce the liquid gas demand, the dimensions of the Displacement body can be chosen so that an insertion of the displacement body in the object is just still possible. However, it goes without saying make sure that between the displacement body and the inner surface of the There remains enough space for the object to conduct or flow for Cooling the inner surface of the liquefied gas required.

Gemäß einer Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der in den Ge genstand einzuführende Verdrängungskörper Mittel auf, die eine Änderung seiner geometrischen Form ermöglichen.According to one embodiment of the device according to the invention, the in the Ge Substance to be introduced means that a change in its enable geometric shape.

Diese Ausgestaltung macht z. B. dann Sinn, wenn die Innenflächen eines Zylinders ab zukühlen ist, bei dem die Öffnungen bzw. die Öffnung in einer der Stirnseiten kleiner als der Innendurchmesser des Zylinders ist. In diesem Falle wird über die Öffnung an der Stirnseite der Verdrängungskörper in den Gegenstand eingeführt und nach seiner Ein führung soweit als möglich vergrößert. Um diese Änderung der geometrischen Form zu ermöglichen, sind innerhalb des Verdrängungskörpers entsprechende mechanische, elektronische, elektromechanische oder ähnliche Vorrichtungen, die eine Änderung der geometrischen Form ermöglichen, anzuordnen.This configuration makes z. B. sense when the inner surfaces of a cylinder is to be cooled, in which the openings or the opening in one of the end faces is smaller than is the inside diameter of the cylinder. In this case, the opening on the Front of the displacer inserted into the object and after its on leadership enlarged as much as possible. To make this change in geometric shape allow, are appropriate mechanical, within the displacement body electronic, electromechanical or similar devices that change the allow geometric shape to arrange.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weist der Verdrängungskörper Mittel zum Leiten des verflüssigten, als Kälteträger dienenden Gases auf. According to a further embodiment of the device according to the invention, the Displacement means for guiding the liquefied, which acts as a coolant Gases on.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie bereits genannte und weitere Ausgestaltun gen davon seien anhand der Figur näher erläutert.The device according to the invention, as well as other configurations already mentioned gene of these are explained in more detail with reference to the figure.

Die Figur zeigt eine Vorrichtung zum schnellen Abkühlen bzw. Kaltschrumpfen eines zylinderförmigen Gegenstandes bzw. Mandrels 4. Hierzu ruht auf einer Arbeitsfläche bzw. einem Arbeitstisch 1 ein Isolierblock 2. Auf diesen Isolierblock 2 wird der Gegenstand 4, dessen Innenfläche abgekühlt werden soll, angeordnet. Zwischen dem Isolierblock 2 und dem Gegenstand 4 ist eine kältebeständige Dichtung 3 angeordnet. Zwischen dem oberen Rand des Gegenstandes 4 und einer darauf liegenden Schutz vorrichtung 8 ist ebenfalls eine Dichtung 3′ die die gleichen Eigenschaften wie die vor genannte Dichtung 3 aufweist, angeordnet. Der Verdrängungskörper 5 befindet sich im Inneren des Gegenstandes 4. Zwischen dem Verdrängungskörper 5 und der zu küh lenden Innenfläche des Gegenstandes 4 verbleibt ein Ringspalt 10, der je nach Anord nung oder geometrischer Bemaßung des Verdrängungskörpers beliebig klein sein kann. Der Kälteträger-Verbrauch hängt also zum einen von der Ringspaltgröße und damit vom Abstand zwischen Verdrängungskörper 5 und Innenfläche des Gegenstandes 4 ab. Zum anderen erhöht sich im Falle eines kleineren Ringraumquerschnittes die Flüssigkeits- bzw. Gasströmung des Kälteträgers, wodurch, aufgrund eines verbesserten Kälteübertrags von dem Kälteträger auf die zu kühlende Innenfläche des Gegenstands, der Kälteträgerverbrauch sinkt. Der Verdrängungskörper 5 weist eine zentrale Kälteträger-Zuführleitung 6 auf, über die der für die schnelle Abkühlung benötigte flüssige Kälteträger herbeigeführt wird. Bei der Verwendung von flüssigem Stickstoff oder flüssigem Kohlendioxid werden diese z. B. mittels eines Speicherbehälters bereitgestellt; jedoch ist auch eine Bereitstellung mittels Gasflaschen denkbar. Von der zentralen Leitung 6 führen mehrere Stichleitungen 6′ zum äußeren Rand des Verdrängungskörpers 5. Über diese Stichleitungen 6′ gelangt der flüssige Kälteträger aus der zentralen Versorgungsleitung 6 in den Ringspalt 10 zwischen Verdrängungskörper 5 und Innenfläche des Gegenstandes 4. Durch das Abkühlen der Innenfläche des Gegenstandes 4 verdampft der über die Stichleitungen 6′ herbeigeführte flüssige Kälteträger und kann über die Öffnung 7 der Schutzvorrichtung 8 entfernt bzw. abgezogen werden. Unter Umständen ist eine Rückführung des gasförmigen Kälteträgers in einen Speicherbehälter oder dergleichen vorzusehen. Im Falle der Figur wird, wie bereits beschrieben, der Gegenstand 4 nach oben hin durch eine Schutzvorrichtung 8 begrenzt. Des weiteren sind sog. Niederhalter 9 vorgesehen, die gewährleisten, daß der Verdrängungskörper 5 unmittelbar auf der Isolierschicht 2 aufsitzt. Sowohl die Schutzvorrichtung 8 als auch die erwähnten Niederhalter 9 sind jedoch nicht zwingend notwendig. So kann auch die Zuführung des verflüssigten, als Kälteträger dienenden Gases durch ein direktes Befüllen des Raumes zwischen Verdrängungskörper 5 und Gegenstand 4 erfolgen. Es sollte jedoch darauf geachtet werden, daß der Verdrängungskörper 5 aus einem kältebeständigen, schlecht wärmeleitenden und eine geringe Wärmekapazität aufweisenden Material, wie z. B. PU- Schaum oder Plastik, besteht. Dadurch läßt sich die Menge des benötigten verflüssigten bzw. flüssigen Gases nochmals verringern. Die gezeigte Anordnung macht gerade dann Sinn, wenn sichergestellt werden soll, daß die Innenfläche des Gegenstandes 4 zur Gänze mit dem Kälteträger bedeckt wird. Die dargestellte Schutzvorrichtung 8 sollte ebenfalls aus einem kältebeständigen und schlecht wärmeleitenden Material hergestellt sein. Denkbar ist auch, daß diese Schutzvorrichtung 8 (vakuum-)isoliert ausgeführt wird.The figure shows a device for rapid cooling or cold shrinking of a cylindrical object or mandrel 4 . For this purpose, an insulating block 2 rests on a work surface or a work table 1 . The object 4 , the inner surface of which is to be cooled, is arranged on this insulating block 2 . A cold-resistant seal 3 is arranged between the insulating block 2 and the object 4 . Between the upper edge of the object 4 and a protective device 8 lying thereon is also a seal 3 'which has the same properties as the aforementioned seal 3 , is arranged. The displacement body 5 is located inside the object 4 . Between the displacer 5 and the inner surface of the object 4 to be cooled, there remains an annular gap 10 which , depending on the arrangement or geometric dimensions of the displacer, can be as small as desired. The coolant consumption therefore depends on the one hand on the size of the annular gap and thus on the distance between the displacer 5 and the inner surface of the object 4 . On the other hand, in the case of a smaller annular space cross-section, the liquid or gas flow of the coolant increases, as a result of which, due to an improved transfer of cold from the coolant to the inner surface of the object to be cooled, the coolant consumption decreases. The displacement body 5 has a central coolant supply line 6 , via which the liquid coolant required for rapid cooling is brought about. When using liquid nitrogen or liquid carbon dioxide these z. B. provided by means of a storage container; however, provision by means of gas cylinders is also conceivable. From the central line 6 lead several stub lines 6 'to the outer edge of the displacer 5th Via these branch lines 6 ', the liquid coolant passes from the central supply line 6 into the annular gap 10 between the displacement body 5 and the inner surface of the object 4 . By cooling the inner surface of the object 4 evaporates the liquid coolant brought about via the stub lines 6 'and can be removed or removed via the opening 7 of the protective device 8 . It may be necessary to return the gaseous refrigerant to a storage container or the like. In the case of the figure, as already described, the object 4 is delimited at the top by a protective device 8 . Furthermore, so-called hold-down devices 9 are provided which ensure that the displacement body 5 is seated directly on the insulating layer 2 . However, both the protective device 8 and the hold-down devices 9 mentioned are not absolutely necessary. The liquefied gas serving as a coolant can also be supplied by directly filling the space between the displacer 5 and the object 4 . However, care should be taken to ensure that the displacer 5 is made of a cold-resistant, poorly heat-conducting and low-heat material, such as. B. PU foam or plastic. This allows the amount of liquefied or liquid gas required to be reduced again. The arrangement shown makes sense if it is to be ensured that the inner surface of the object 4 is completely covered with the coolant. The protective device 8 shown should also be made of a cold-resistant and poorly heat-conducting material. It is also conceivable that this protective device 8 is (vacuum) isolated.

Claims

1. Device for rapid cooling (cold shrinking) of the inner surface of an object, the object not being closed on all sides, in particular a radially symmetrical, open object at at least one end, by means of liquefied gases, such as liquid nitrogen or liquid carbon dioxide, the liquefied gas in contact is brought with the inner surface to be cooled, characterized in that a displacement body ( 5 ), preferably the largest possible size, is introduced into the object ( 4 ) before or with the supply of the liquefied gas into the object.

2. Device according to claim 1, characterized in that the displacement body ( 5 ) has means which allow a change in its geometric shape.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the displacement body ( 5 ) has means for guiding the liquefied gas.

4. The device according to claim 3, characterized in that the means for guiding the liquefied gas as bores or lines ( 6 , 6 ') are formed.

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the displacement body ( 5 ) consists of a cold-resistant, poorly heat-conducting and having a low thermal capacity.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that means for fixing ( 9 ) of the displacement body ( 5 ) are provided.