DE19955260B4

DE19955260B4 - High pressure tool

Info

Publication number: DE19955260B4
Application number: DE1999155260
Authority: DE
Inventors: Jens Groebaek
Original assignee: Strecon AS
Current assignee: STRECON A/S, SOENDERBORG, DK
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2004-07-01
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: AU1382601A; DE19955260A1; WO2001036080A1

Abstract

Hochdruckwerkzeug mit einer Matrize (1) aus hochdruckfestem Material, insbesondere gesintertem Hartmetall, die einen Arbeitshohlraum begrenzt und von einer Armierung (6, 7, 8) mit wenigstens einem Vorspannungsring (6) umgeben ist, wobei die Armierung (6–8) ihrerseits von einem Außenring (9) fest umgeben ist, dadurch gekennzeichnet, daß an wenigstens einer Endfläche der Armierung (6– 8) ein Deckel (11) anliegend befestigt ist, der einen um die Achse (14) der Matrize (1) herumlaufenden ersten Kühlkanal (12) in der Nähe der Matrize (1) begrenzt und ein zur Matrize (1) koaxiales Loch (15) aufweist, dessen Durchmesser wenigstens dem Innendurchmesser des Arbeitshohlraums entspricht.High-pressure tool with a die (1) made of high-pressure-resistant material, in particular sintered hard metal, which delimits a working cavity and is surrounded by a reinforcement (6, 7, 8) with at least one preload ring (6), the reinforcement (6-8) in turn by An outer ring (9) is firmly surrounded, characterized in that a cover (11) is attached to at least one end face of the reinforcement (6-8), said cover (11) surrounding a first cooling duct (1) around the axis (14) of the die (1). 12) in the vicinity of the die (1) and has a hole (15) coaxial with the die (1), the diameter of which corresponds at least to the inside diameter of the working cavity.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochdruckwerkzeug mit einer Matrize aus hochdruckfestem Material, insbesondere gesintertem Hartmetall, die einen Arbeitshohlraum begrenzt und von einer Armierung mit wenigstens einem Vorspannungsring umgeben ist, wobei die Armierung ihrerseits von einem Außenring fest umgeben ist.The invention relates to a High pressure tool with a die made of high pressure resistant material, especially sintered hard metal that delimits a working cavity and surrounded by a reinforcement with at least one preload ring is, the reinforcement is in turn surrounded by an outer ring.

Ein Hochdruckwerkzeug dieser Art ist aus der DE 43 11 249 C2 bekannt. Ein solches Hochdruckwerkzeug wird auch zur Synthese von Diamanten oder kubischem Bornitrid oder dergleichen verwendet. Hierbei werden nicht nur Drücke von 50 bis 80 kBar mittels Preßstempeln im Arbeitshohlraum ausgeübt, sondern auch mittels einer elektrischen Heizung eine Betriebstemperatur von über 1200°C in dem vom Hochdruck belasteten Arbeitsvolumen erzeugt. Obwohl zwischen der Hochdruckmatrize und dem von ihr umgebenen Werkstück Isoliermaterial, z.B. Pyrophyllit oder ein Material mit entsprechenden Eigenschaften angeordnet ist, kann auf der Innenseite der Hochdruckmatrize eine Temperatur von einigen hundert Grad Celsius auftreten. Bei einer Oberflächentemperatur von mehr als 250°C an der vom Druck belasteten Innenseite der Matrize und dem hohen Druck von SO bis 80 kBar kann eine Plastifizierung des Matrizenmaterials, selbst wenn es aus gesintertem Hartmetall besteht, nicht verhindert werden. Die Folge davon ist bei jedem Druckzyklus eine Vergrößerung des druckbelasteten Innendurchmessers der Matrize. Diese Vergrößerung kann schließlich zu einer Beschädigung der Matrize, z.B. in Form von Mikro- oder Makrorissen, führen.A high pressure tool of this type is from the DE 43 11 249 C2 known. Such a high pressure tool is also used for the synthesis of diamonds or cubic boron nitride or the like. Here, not only are pressures of 50 to 80 kbar applied by means of press punches in the working cavity, but also an operating temperature of over 1200 ° C. is generated in the working volume loaded by the high pressure by means of an electric heater. Although insulating material, for example pyrophyllite or a material with corresponding properties, is arranged between the high-pressure die and the workpiece surrounding it, a temperature of a few hundred degrees Celsius can occur on the inside of the high-pressure die. With a surface temperature of more than 250 ° C on the inside of the die, which is under pressure, and the high pressure of SO to 80 kBar, plasticization of the die material, even if it consists of sintered hard metal, cannot be prevented. The result of this is an increase in the pressure-loaded inner diameter of the die for each pressure cycle. This enlargement can ultimately lead to damage to the die, for example in the form of micro or macro cracks.

Die Plastifizierung des Matrizenmaterials läßt sich nicht durch Verringerung des Drucks vermeiden, weil ein sehr hoher Druck eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolgreiche Synthese ist. Die thermische Belastung der Matrize hängt dagegen davon ab, in welchem Maße die dem Arbeitshohlraum der Matrize zugeführte Wärme wieder durch das Isoliermaterial in die umgebende Matrize oder an ein Kühlsystem abgeführt werden kann. Versuche haben gezeigt, daß das Maß der Plastifizierung von gesintertem Hartmetall stark von der Betriebstemperatur abhängt und sogar eine geringfügige Verringerung der Temperatur die Lebensdauer der Matrize verlängern kann, bevor ihr Material merklich ermüdet.The plasticization of the matrix material can be not avoid by reducing the pressure because of a very high one Printing is an essential prerequisite for a successful synthesis is. The thermal load on the die, however, depends on which one Measure the heat supplied to the working cavity of the die again through the insulating material into the surrounding matrix or to a cooling system can. Experiments have shown that the degree of plasticization of sintered Tungsten carbide strongly depends on the operating temperature and even a slight reduction in the Temperature can extend the life of the die before its material noticeably tired.

Aus der US-Patentschrift 4 523 748 ist die Ausbildung von Kühlkanälen in der Armierung um die druck- und temperaturbelastete Matrize herum, ferner in einer an der einen Endfläche der Matrize anliegenden, den auf die Matrize axial ausgeübten Druck eines Druckstempels aufnehmenden Platte und in die Druckstempel an den Endflächen der Matrize umgebenden Ringräumen bekannt, um die Kühlwirkung zu erhöhen. Druckbelastete Teile des Hochdruckwerkzeugs sollten jedoch weitgehend frei von Kühlkanälen sein, um eine durch die Kühlkanäle bewirkte Kerbwirkung möglichst zu vermeiden. Soweit die Druckstempel unmittelbar von Kühlkanälen umgeben sind, tragen diese zur Vergrößerung der Bauhöhe des Hoch druckwerkzeugs bei. Darüber hinaus verhindern sie die Anbringung einer die Druckstempel umgebenden Armierung.From U.S. Patent 4,523,748 is the formation of cooling channels in the Reinforcement around the pressure and temperature stressed die, further in one on one end face of the die, the axial pressure exerted on the die Stamp plate and in the stamp on the end surfaces the annuli surrounding the die known to have the cooling effect increase. Parts of the high-pressure tool that are under pressure should, however, largely be free of cooling channels, a notch effect caused by the cooling channels preferably to avoid. As far as the pressure stamps are directly surrounded by cooling channels, wear these to enlarge the Height of the High pressure tool at. About that in addition, they prevent the attachment of one surrounding the pressure stamp Reinforcement.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruckwerkzeug der eingangs genannten Art anzugeben, das bei geringer Bauhöhe eine hohe Kühlwirkung und damit eine erhöhte Sicherheit gegen eine Plastifizierung des Matrizenmaterials bietet.The invention is based on the object High pressure tool of the type mentioned to specify that at low height a high cooling effect and thus an increased Offers security against plasticization of the matrix material.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an wenigstens einer Endfläche der Armierung ein Deckel anliegend befestigt ist, der einen um die Achse der Matrize herumlaufenden ersten Kühlkanal in der Nähe der Matrize begrenzt und ein zur Matrize koaxiales Loch aufweist, dessen Durchmesser wenigstens dem Innendurchmesser des Arbeitshohlraums entspricht.According to the invention, this object is achieved in that at least an end face the armoring is attached to a lid, one around the Axis of the die rotating first cooling channel in the vicinity of the die limited and has a coaxial to the die hole, the diameter corresponds at least to the inside diameter of the working cavity.

Ein solcher Deckel kann sehr dünn ausgebildet sein, so daß sich eine geringe Bauhöhe im Verhältnis zum Durchmesser des Hochdruckwerkzeugs ergibt und dennoch eine hinreichende Kühlung der Matrize in den meisten Anwendungsfällen erreicht wird, ohne daß das Material der Matrize plastisch wird.Such a lid can be made very thin be so that itself a low height in relation to results in the diameter of the high-pressure tool and still a sufficient cooling the die is reached in most applications without the material the matrix becomes plastic.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Deckel in der Nähe des radial inneren Randes der Armierung axial an der Armierung anliegt und mit seinem radial äußeren Rand an dem Außenring, unter Verbiegung des Deckels zwischen seinem inneren Rand und seinem äußeren Rand, befestigt ist. Auf diese Weise wird der Deckel in der Nähe des inneren Randes der Armierung an dieser fest angedrückt, so daß sich dort ein inniger, dicht schließender Kontakt zwischen Deckel und Armierung ergibt. Dadurch wird eine zuverlässige Abdichtung des Kühlkanals erreicht, ohne die Armierung in ihrem mit dem höchsten Radialdruck belasteten Bereich zusätzlich durch formschlüssige Befestigungsmittel, wie Gewindebohrungen, zu schwächen.It is preferably ensured that that the Lid nearby of the radially inner edge of the reinforcement axially abuts the reinforcement and with its radially outer edge on the outer ring, bending the lid between its inner edge and its outer edge, is attached. This way the lid is close to the inner edge the reinforcement firmly pressed on this, so that there is an intimate, tight closing There is contact between the cover and the reinforcement. This will make one reliable Sealing the cooling duct reached without the reinforcement in its loaded with the highest radial pressure Area by means of form-fitting fasteners, like tapping holes.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Kühlkanal durch einen radial inneren ersten Ringwulst und einen diesen umgebenden zweiten Ringwulst an der axial inneren Seite des Deckels begrenzt ist. Auf diese Weise wird die im radial inneren Bereich des Deckels zwischen diesem und der Armierung durch das Anschrauben des Deckels ausgeübte Andruckkraft auf die beiden Ringwulste verteilt, wobei der zweite Ringwulst als Drehpunkt wirkt und der radial innere erste Ringwulst beim Festziehen der Schraubverbindung etwas entlastet und dabei die Andruckkraft weiter radial nach außen verlagert wird. Bei entsprechender Bemessung der Abstände der Ringwulste und ihrer axialen Höhe können die Andruckkräfte zwischen den Ringwulsten und der Armierung so gewählt werden, daß sie weitgehend gleich sind und den zwischen ihnen liegenden Kühlkanal gegen ein Austreten des Kühlfluids sicher abdichten.It is particularly advantageous if the first cooling channel is delimited by a radially inner first annular bead and a second annular bead surrounding it on the axially inner side of the cover. In this way, the pressure force exerted in the radially inner region of the cover between the latter and the reinforcement by screwing on the cover is distributed to the two ring beads, the second ring bead acting as a fulcrum and the radial inner first ring bead being relieved somewhat when the screw connection is tightened and thereby the pressure force is shifted further radially outwards. With appropriate dimensioning of the spacings of the ring beads and their axial height, the An compressive forces between the ring beads and the reinforcement are chosen so that they are largely the same and securely seal the cooling channel between them against leakage of the cooling fluid.

Ferner ist es möglich, daß der zweite Ringwulst von einem dritten, radial äußeren Ringwulst an der Innenseite des Deckels umgeben ist und der zweite und dritte Ringwulst einen zweiten Kühlkanal begrenzen. Bei dieser Ausbildung ergibt sich eine noch wirksamere Kühlung der Matrize.It is also possible that the second ring bead of a third, radially outer annular bead is surrounded on the inside of the lid and the second and third Bead define a second cooling channel. This training results in an even more effective cooling of the Die.

Wenn der erste und der zweite Ringwulst an der einen Endfläche der Armierung anliegen und der dritte Ringwulst am Außenring anliegt, bildet die Armierung gleichzeitig eine Begrenzung der Kühlkanäle, wobei sie unmittelbar mit dem Kühlfluid, vorzugsweise Wasser, in Berührung steht, so daß die Wärme aus der Matrize über die Armierung unmittelbar in das Kühlfluid abgeleitet wird. Gleichzeitig ist es möglich, den Deckel sehr dünn und entsprechend biegsam unter Einhal tung einer geringen Bauhöhe des Hochdruckwerkzeugs auszubilden.When the first and the second ring bead on one end face the reinforcement and the third ring bead on the outer ring is present, the reinforcement simultaneously forms a limitation of the cooling channels, whereby them directly with the cooling fluid, preferably water, in contact stands so that the Heat out over the die the reinforcement is drained directly into the cooling fluid. simultaneously Is it possible, the lid very thin and correspondingly flexible while maintaining a low overall height of the high-pressure tool train.

Alternativ ist es aber auch möglich, daß der oder jeder Kühlkanal durch eine wärmeleitende, membranartig dünne Platte als Teil des Deckels zur Armierung hin geschlossen ist. Eine derartige dünne Platte beeinträchtigt die Wärmeableitung und Bauhöhe nur minimal. Wenn sie entsprechend korrosionsfest ist, schützt sie die Armierung vor einer Korrosion durch das Kühlfluid.Alternatively, it is also possible that the or every cooling channel due to a heat-conducting, membrane-like thin plate as part of the cover is closed towards the reinforcement. Such one thin plate impaired heat dissipation and overall height only minimal. If it is correspondingly corrosion-resistant, it protects the reinforcement against corrosion by the cooling fluid.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der innere Randabschnitt des Deckels eine geringere Dicke als der übrige Teil des Deckels aufweist, insbesondere zum inneren Rand des Deckels hin abgeschrägt ist. Dies ermöglicht die Einhaltung einer geringen Bauhöhe bei entsprechend geringem Abstand zwischen den Deckeln und die Preßstempel umgebenden Armierungen, wobei diese Armierungen im Bereich der Löcher in den Deckeln axial länger ausgebildet werden können, so daß sie während des Heranfahrens der Preßstempel an das Werkstück in diese Löcher eindringen können.Then it can be ensured that the inner Edge portion of the lid is less thick than the rest of the part of the lid, in particular to the inner edge of the lid beveled is. this makes possible compliance with a low overall height with a correspondingly low level Distance between the lids and the reinforcements surrounding the ram, these reinforcements axially longer in the region of the holes in the covers can be so that you while the approach of the ram to the workpiece into these holes can penetrate.

Die Armierung der Matrize kann in der Weise ausgebildet sein, daß sie einen um den Vorspannungsring oder die Vorspannungsringe herumgelegten Wickel aus Stahlband aufweist. Dieser Wickel sorgt für eine besonders feste radiale Abstützung des Vorspannungsrings oder der Vorspannungsringe.The reinforcement of the die can be in be trained in such a way that one wrapped around the preload ring or rings Has steel tape winding. This wrap ensures a special fixed radial support of the preload ring or rings.

Wenn an der anderen Endfläche der Armierung der Matrize ebenfalls ein derartiger Deckel angebracht ist und die Kühlkanäle beider Deckel über wenigstens einen die Armierung in der Nähe der Matrize durchsetzenden Kühlkanal verbunden sind, wobei der eine Deckel eine Eingangsbohrung und der andere Deckel eine Ausgangsbohrung für ein Kühlfluid aufweist, kann das Kühlfluid in den einen Deckel hinein und aus dem anderen herausgeleitet werden und auch aus dem Inneren der Armierung die Wärme ableiten.If at the other end face of the Reinforcement of the die also attached such a lid is and the cooling channels of both Cover at least the armor nearby the cooling channel passing through the die are connected, the one cover an input bore and the other Cover an exit hole for a cooling fluid has, the cooling fluid into one lid and out of the other and also dissipate the heat from inside the reinforcement.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der oder jeder Deckel im umverformten Zustand in der Seitenansicht etwa die Form eines flachen Tellers hat. Ein derart geformter Deckel legt sich beim Befestigen zunächst nur mit seinem radial inneren vorspringenden Bereich in der Nähe der Matrize an der Armierung an und kann dann durch Verschraubung seines radial äußeren Randbereichs mit dem Außenring bis zur Anlage an der Armierung auf einfache Weise zwischen seinem inneren Rand und seinem äußeren Rand umgebogen und dadurch so vorgespannt werden, daß sein radial innerer Randbereich sehr fest und dicht an der Armierung anliegt.It is particularly advantageous if the or each lid in the deformed state in the side view about the shape of a flat plate. Such a shaped lid initially lies down when fastening only with its radially inner projecting area near the die on the reinforcement and can then by screwing its radially outer edge area with the outer ring up to the armature in a simple way between his inner edge and its outer edge bent and thereby biased so that its radially inner edge region very tight and close to the reinforcement.

Sodann ist es möglich, daß wenigstens der erste Kühlkanal eine am Deckel und der Armierung anliegende Kühlleitung enthält.Then it is possible that at least the first cooling channel contains a cooling line on the cover and the reinforcement.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:The invention and its developments are preferred below with reference to the accompanying drawings embodiment described in more detail. Show it:

1 einen Teil eines Axialschnitts durch ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruckwerkzeugs, 1 a part of an axial section through an embodiment of a high pressure tool according to the invention,

2 einen Teil des Axialschnitts des Ausführungsbeispiels nach 1, jedoch ohne Preßstempel und deren Armierung und in einem Zustand, in dem ein an einer Stirnfläche einer Armierung einer Matrize des Hochdruckwerkzeugs anliegender, der Begrenzung von Kühlkanälen dienender Deckel nur teilweise mittels einer Verschraubung festgespannt, dagegen ein entsprechender Deckel an der unteren Stirnfläche der Armierung vollständig festgespannt ist, 2 a part of the axial section of the embodiment 1 , but without a press ram and its reinforcement and in a state in which a cover, which serves to delimit cooling channels and which is adjacent to an end face of a reinforcement of a die of the high-pressure tool, is only partially tightened by means of a screw connection, whereas a corresponding cover is completely tightened on the lower end face of the reinforcement is tight,

3 den gleichen Schnitt wie den der 2, jedoch in einem Zustand, in dem beide Deckel der Armierung festgeschraubt sind, 3 the same cut as the 2 , but in a state in which both covers of the reinforcement are screwed tight,

4 einen Ausschnitt aus dem Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Armierung zur Veranschaulichung einer etwaigen axialen Relativverschiebung von Teilen der Armierung, 4 a section of the embodiment of the reinforcement according to the invention to illustrate a possible axial relative displacement of parts of the reinforcement,

5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit von Andruckkräften der Deckel an der Armierung beim Festspannen der Deckel, 5 1 shows a diagram to illustrate the dependence of the pressing forces of the lids on the reinforcement when the lids are tightened,

6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Andruckkräfte der Deckel der Armierung von einem zwischen den Deckeln und der Armierung ausgeübten Kühlfluiddruck, 6 1 shows a diagram to illustrate the pressing forces of the cover of the reinforcement from a cooling fluid pressure exerted between the cover and the reinforcement,

7 die Abhängigkeit der Andruckkräfte der Deckel von einer relativen axialen Verschiebung von Teilen der Armierung und 7 the dependence of the pressure forces of the cover on a relative axial displacement of parts of the reinforcement and

8 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach den 1 bis 7. 8th a modification of the embodiment of the 1 to 7 ,

Nach 1 enthält das als Ausführungsbeispiel dargestellte Hochdruckwerkzeug eine Matrize 1 aus hochdruckfestem Material, hier gesintertes Hartmetall, alternativ auch aus Keramik oder Stahl. In der Matrize 1 ist ein Werkstück in Form eines unter anderem aus Graphit bestehenden Blocks 2 angeordnet, auf den zur synthetischen Herstellung von Diamanten mittels gegeneinander wirkender Preßstempel 3 eine so hohe Kraft F ausgeübt wird, daß er einem Druck im Bereich von etwa 50 bis 80 kBar ausgesetzt ist. Gleichzeitig wird zur Erhitzung des Blocks 2 ein Strom I von etwa 1500 A durch die Preßstempel und den Block 2 geleitet, um den Block 2 zusätzlich zu der durch den Kompressionsdruck bewirkten Erhitzung auf insgesamt etwa 1200 bis 1400°C zu erhitzen. Zwischen der Matrize 1 und dem Block 2 ist eine Hülse 4 aus thermisch isolierendem Material, vorzugsweise Pyrophyllit, angeordnet, um die Matrize 1 vor einer Plastifizierung, gegebenenfalls des gesinterten Hartmetalls, zu schützen, die unter dem hohen Druck bei Oberflächentemperaturen von mehr als 250°C auftreten kann. Gegebenenfalls würde sich der Innendurchmesser der Matrize 1 vergrößern, wobei die Matrize Mikro- oder Makrorisse erhält und gegebenenfalls völlig auseinanderreißt. Zum weiteren Schutz der Matrize 1 ist sie von einer Armierung umgeben, die aus einer die Matrize 1 umgebenden Buchse 5, einem ersten die Buchse 5 umgebenden Vorspannungsring 6, einem zweiten den Vorspannungsring 6 umgebenden Vorspannungsring 7, einem den Vorspannungsring 7 umgebenden Wickel 8 aus einem Stahlband und einem den Wickel 8 umgebenden Außenring 9 besteht. Die Berührungsflächen der Buchse 5 und des Vorspannungsrings 6 sind konisch. Die Buchse 5 ist auf der Matrize 1, der Vorspannungsring 6 auf der Buchse 5 und der Vorspannungsring 7 auf dem Vorspannungsring 6 aufgeschrumpft. Der fest um den Vorspannungsring 7 herumgewickelte Wickel 8 bewirkt eine Verlängerung der Lebensdauer der Vorspannungsringe 6 und 7. Zusätzlich zu den dargestellten Vorspannungsringen 6 und 7 können noch weitere Vorspannungsringe vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß die Matrize 1 den hohen radialen Druckkräften standhält.To 1 contains the high pressure tool shown as an embodiment, a die 1 made of high pressure resistant material, here sintered hard metal, alternatively also made of ceramic or steel. In the die 1 is a workpiece in the form of a block made of graphite, among other things 2 disposed on the synthetic production of diamonds by means of opposing plungers 3 such a high force F is exerted that it is subjected to a pressure in the range of about 50 to 80 kbar. At the same time it heats up the block 2 a current I of about 1500 A through the ram and the block 2 headed to the block 2 in addition to the heating caused by the compression pressure to a total of about 1200 to 1400 ° C. Between the die 1 and the block 2 is a sleeve 4 made of thermally insulating material, preferably pyrophyllite, arranged around the die 1 protect against plasticization, possibly of the sintered hard metal, which can occur under high pressure at surface temperatures of more than 250 ° C. If necessary, the inner diameter of the die 1 enlarge, the die receives micro or macro cracks and, if necessary, completely tears apart. For further protection of the die 1 it is surrounded by a reinforcement that consists of a die 1 surrounding socket 5 , a first the socket 5 surrounding preload ring 6 , a second the preload ring 6 surrounding preload ring 7 , the preload ring 7 surrounding wrap 8th from a steel band and a the wrap 8th surrounding outer ring 9 consists. The contact surfaces of the socket 5 and the preload ring 6 are conical. The socket 5 is on the die 1 , the preload ring 6 on the socket 5 and the preload ring 7 on the preload ring 6 shrunk. The tight around the preload ring 7 wrapped wraps 8th extends the life of the preload rings 6 and 7 , In addition to the tension rings shown 6 and 7 additional preload rings can be provided to ensure that the die 1 withstands the high radial pressure forces.

Durch die Wicklung 8 aus Stahlband kann die zulässige Kraft F der Preßstempel 3 im Vergleich zu einer Armierung, bei der anstelle des Wickels 8 wenigstens ein weiterer Vorspannungsring vorgesehen ist, um 25 bis 40 % erhöht werden.Through the winding 8th The permissible force F of the press ram can be made from steel strip 3 compared to a reinforcement in which instead of the wrap 8th at least one further bias ring is provided to be increased by 25 to 40%.

Der Außenring 9 bildet zusammen mit einem Spannring 10 ein Gehäuse. Der Spannring 10 stellt sicher, daß das Werkzeug montiert werden kann.The outer ring 9 forms together with a clamping ring 10 a housing. The tension ring 10 ensures that the tool can be installed.

An den Endflächen der Armierung (6 bis 8) ist jeweils ein Deckel 11 dicht anliegend mittels Schrauben befestigt. Jeder Deckel 11 begrenzt zusammen mit der Armierung einen ersten Kühlkanal 12 und einen zweiten Kühlkanal 13, die konzentrisch um die mittlere Achse 14 der Matrize 1 herumlaufen, wobei der erste Kühlkanal 12 in der Nähe der Matrize 1 liegt. Die Deckel 11 haben ferner jeweils ein zur Matrize 1 koaxiales Loch 15, dessen Durchmesser wenigstens dem Innendurchmesser des Arbeitshohlraums entspricht. Im vorliegenden Fall ist der Innendurchmesser der Löcher 15 etwas größer als der Innendurchmesser des Vorspannrings 6. Jeder Deckel 11 liegt dabei mit der axial inneren Fläche eines radial inneren Ringwulstes 16 an der einen Endfläche des Vorspannrings 6, mit einer axial inneren Fläche eines zweiten Ringwulstes 17 an jeweils einer Endfläche des Vorspannrings 7 und mit einer axial inneren Fläche eines dritten Ringwulstes 18 an jeweils einer axial äußeren Endfläche des Außenrings 9 bzw. des Spannrings 10 fest an. Die Ringwulste 16 und 17 begrenzen hierbei jeweils einen der ersten Kühlkanäle 12 seitlich, während die Ringwulste 17 und 18 jeweils einen der zweiten Kühlkanäle 13 seitlich begrenzen. Außerdem sind die Kühlkanäle 12 zusätzlich durch Dichtringe 19 und die Kühlkanäle 13 zusätzlich durch Dichtringe 20 gegen die Armierung abgedichtet. Der eine Deckel 11 ist mit Ein- und Ausgangsbohrungen 21 und der andere Deckel 11 mit Ein- und Ausgangsbohrungen 22 für ein Kühlfluid, hier Wasser, versehen. Ferner können die Kühlkanäle 12 über wenigstens einen die Armierung, hier den am nächsten bei der Ma trize 1 liegenden Vorspannungsring 6, durchsetzenden Kühlkanal 23 verbunden werden, so daß das Kühlfluid auch die Armierung in der Nähe der Matrize 1 durchströmt.At the end faces of the reinforcement ( 6 to 8th ) is a cover 11 attached tightly with screws. Every lid 11 limits a first cooling channel together with the reinforcement 12 and a second cooling channel 13 that are concentric about the central axis 14 the die 1 run around with the first cooling channel 12 near the die 1 lies. The lids 11 also have one each for the matrix 1 coaxial hole 15 whose diameter corresponds at least to the inside diameter of the working cavity. In the present case, the inside diameter of the holes 15 slightly larger than the inner diameter of the preload ring 6 , Every lid 11 lies with the axially inner surface of a radially inner annular bead 16 on one end face of the preload ring 6 , with an axially inner surface of a second annular bead 17 on one end face of the preload ring 7 and with an axially inner surface of a third ring bead 18 on an axially outer end face of the outer ring 9 or the clamping ring 10 firmly. The ring beads 16 and 17 limit one of the first cooling channels 12 sideways while the ring beads 17 and 18 one of the second cooling channels 13 limit laterally. In addition, the cooling channels 12 additionally with sealing rings 19 and the cooling channels 13 additionally with sealing rings 20 sealed against the reinforcement. One lid 11 is with inlet and outlet holes 21 and the other lid 11 with entry and exit holes 22 for a cooling fluid, here water. Furthermore, the cooling channels 12 the reinforcement over at least one, here the one closest to the matrice 1 lying tension ring 6 , penetrating cooling channel 23 be connected so that the cooling fluid also the reinforcement near the die 1 flows through.

Die Kühlkanäle 13 haben dagegen jeweils nicht dargestellte Ein- und Ausgangsbohrungen für das Kühlfluid. Die Kühlmittelströmung kann durch eingearbeitete, angeschraubte oder angeschweißte Formelemente gesteuert werden.The cooling channels 13 on the other hand, each have unillustrated inlet and outlet bores for the cooling fluid. The coolant flow can be controlled by incorporated, screwed or welded shaped elements.

Die Deckel 11 haben eine verhältnismäßig geringe Dicke, wobei die Dicke des inneren Randabschnitts 24 geringer als die des übrigen Teils des Deckels ist, insbesondere zum inneren Rand des Deckels 11 hin abnimmt, wobei der innere Randabschnitt 24 abgeschrägt ist.The lids 11 have a relatively small thickness, the thickness of the inner edge portion 24 is less than that of the remaining part of the cover, in particular to the inner edge of the cover 11 decreases, the inner edge portion 24 is beveled.

Die Preßstempel 3 sind ebenfalls jeweils von einer Armierung umgeben, die in ähnlicher Weise wie die Armierung der Matrize 1 aus einander in vorgespannter Weise umgebenden Ringen 25, 26 und 27 besteht. Die axiale Höhe dieser Armierung (25, 26, 27) nimmt auf ihrer axial inneren Seite über dem Randabschnitt 24 der Deckel 11 zur Mitte der Löcher 15 hin zu, so daß bei hinreichender Festigkeit dieser Armierung nur ein geringer Spalt zwischen ihr und dem jeweiligen Deckel 11 vorgesehen zu werden braucht und sich dementsprechend in Verbindung mit der geringen Dicke bzw. Höhe der Deckel 11 eine insgesamt geringe Bauhöhe des Hochdruckwerkzeugs ergibt.The press stamp 3 are also each surrounded by a reinforcement, which is similar to the reinforcement of the die 1 from rings surrounding each other in a biased manner 25 . 26 and 27 consists. The axial height of this reinforcement ( 25 . 26 . 27 ) takes on its axially inner side over the edge section 24 the lid 11 to the center of the holes 15 towards, so that with sufficient strength this reinforcement only a small gap between it and the respective cover 11 needs to be provided and accordingly in connection with the small thickness or height of the lid 11 results in a low overall height of the high pressure tool.

Jeder Deckel 11 liegt in der Nähe seines radial inneren Randes bzw. Loches 15 axial an der Armierung der Matrize 1 an und ist mit seinem radial äußeren Rand an dem Außenring 9, unter Verbiegung des Deckels 11 zwischen seinem inneren Rand und seinem äußeren Rand, mittels Schrauben 28 angeschraubt.Every lid 11 is close to its radially inner edge or hole 15 axially on the reinforcement of the die 1 and is with its radially outer edge on the outer ring 9 , bending the lid 11 between its inner edge and its outer edge, by means of screws 28 screwed.

Aufgrund der Verbiegung sind die Deckel 11 gegen die Armierung der Matrize 1 vorgespannt.Because of the bend are the lids 11 against the reinforcement of the die 1 biased.

Wie die Vorspannung erzielt wird, wird nachstehend anhand von 2 erläutert.How the preload is achieved is shown below using 2 explained.

In 2 ist der untere Deckel 11 im vorgespannten Zustand dargestellt, der obere Deckel 11 dagegen noch nicht vorgespannt. Jeder Deckel 11 hat im umgespannten bzw. unverformten Zustand in der Seitenansicht etwa die Form eines flachen Tellers, wobei sein konvexer mittlerer Teil, der mit dem Loch 15 versehen ist, der Armierung der Matrize 1 zugekehrt ist. Beim Festziehen der Schrauben 28 stützt sich zunächst nur der radial innere Ringwulst 16 an der Endfläche des Vorspannungsrings 6 ab, bis sich schließlich der Deckel 11 so weit zwischen seinem radial und seinem radial äußeren Rand verbiegt, daß sich als nächster der zweite Ringwulst 17 an der Endfläche des Vorspannungsrings 7 und schließlich der dritte Ringwulst 18 an der Endfläche des Außenrings 9 bzw. des Spannrings 10 anlegt.In 2 is the bottom lid 11 shown in the prestressed state, the upper cover 11 not yet biased against it. Every lid 11 has in the reclamped or undeformed state in the side view approximately the shape of a flat plate, with its convex middle part, that with the hole 15 is provided, the reinforcement of the die 1 turned towards. When tightening the screws 28 initially only the radially inner ring bead is supported 16 on the end face of the preload ring 6 until the lid is finally off 11 bends so far between its radial and its radially outer edge that the second annular bead is next 17 on the end face of the preload ring 7 and finally the third ring bead 18 on the end face of the outer ring 9 or the clamping ring 10 invests.

Gemäß den 3 und 5 übt jeder Deckel 11, während sein radial äußerer Rand bei der Verbiegung des Deckels um den Weg X verschoben wird, mit dem ersten Ringwulst 16 eine solange etwa linear ansteigende Kraft F₁ auf den Vorspannungsring 6 aus, bis auch der zweite Ringwulst 17 auf der Endfläche des Vorspannungsrings 7 aufsitzt und eine etwa linear ansteigende Kraft F₂ auf den zweiten Vorspannungsring 7 ausübt, wobei dann die Kraft F₁ aufgrund einer Drehung des Deckels 11 um den zweiten Ringwulst 17 etwa im gleichen Maße abnimmt, wie die Kraft F₂ zunimmt. Die Spannkraft wird schließlich so gewählt, daß die Kräfte F₁ und F₂ zumindest annähernd gleich sind, jedenfalls in dem in 5 durch einen Kreis umrandeten Betriebsbereich liegen.According to the 3 and 5 every lid practices 11 , while its radially outer edge is displaced by the path X when the cover is bent, with the first annular bead 16 a force F ₁ on the prestressing ring that increases approximately linearly 6 until the second ring bead 17 on the end face of the preload ring 7 sits and an approximately linearly increasing force F ₂ on the second bias ring 7 exerts, then the force F ₁ due to a rotation of the lid 11 around the second ring bead 17 decreases approximately to the same extent as the force F ₂ increases. The clamping force is finally chosen so that the forces F ₁ and F _{2 are} at least approximately the same, at least in the in 5 operating area surrounded by a circle.

In diesem Bereich sorgen die an den Endflächen anliegenden Ringwulste 16, 17, und 18 für eine weitgehend ausreichende Abdichtung der Kühlkanäle 12, 13 bis zu relativ hohen Kühlfluiddrücken, ohne daß das Kühlfluid unmittelbar in den heißen Druckbereich der Matrize 1 gelangt, wo es gegebenenfalls explosionsartig expandieren (verdampfen) würde. Eine noch höhere Abdichtung für noch höhere Kühlfluiddrücke wird durch die Dichtringe 19 und 20 erreicht.In this area, the ring beads on the end faces provide 16 . 17 , and 18 for a largely sufficient sealing of the cooling channels 12 . 13 up to relatively high cooling fluid pressures without the cooling fluid directly in the hot pressure area of the die 1 arrives where it would expand (evaporate) explosively if necessary. The sealing rings provide an even higher seal for even higher cooling fluid pressures 19 and 20 reached.

Das Diagramm nach 6 veranschaulicht, wie sich die Kräfte F₁ und F₂ mit steigendem Fluiddruck P_w (siehe auch 3) verhalten, wobei der umrandete Bereich des Verlaufs der Kräfte F₁ und F₂ gemäß 6 den normalen Betriebsbereich darstellt. Die Kontaktkräfte F₁ und F₂ sollten dabei durch entsprechende Formgebung und Bemessung des Querschnittsprofils der Deckel 11 so groß sein, daß selbst bei einem weit über den normalen hinausgehenden Kühlfluiddruck P_w eine absolute Dichtheit der Kühlkanäle sichergestellt ist.The diagram after 6 illustrates how the forces F ₁ and F _{2 increase} with increasing fluid pressure P _w (see also 3 ) behave, the bordered area of the course of the forces F ₁ and F ₂ according to 6 represents the normal operating range. The contact forces F ₁ and F ₂ should be by shaping and dimensioning the cross-sectional profile of the cover 11 be so large that absolute tightness of the cooling channels is ensured even when the cooling fluid pressure P _w goes far beyond the normal.

Durch die sehr hohen im Hochdruckwerkzeug ausgeübten Radialkräfte können zwischen den einzelnen Ringen kleine relative Verschiebungen in Axialrichtung auftreten. Eine solche axiale Verschiebung Z zwischen den Vorspannungsringen 6 und 7 ist in 4 dargestellt.Due to the very high radial forces exerted in the high-pressure tool, small relative displacements in the axial direction can occur between the individual rings. Such an axial displacement Z between the preload rings 6 and 7 is in 4 shown.

Eine Verschiebung Z um einige hundertstel Millimeter ist normalerweise für eine weitgehend einwandfreie Funktion des Hochdruckwerkzeugs zulässig, und die vorgespannten Deckel 11 sollten so ausgelegt sein, daß sie eine solche Verschiebung problemlos aufnehmen.A shift Z by a few hundredths of a millimeter is normally permissible for the high-pressure tool to function largely properly, and the prestressed cover 11 should be designed so that they can easily accommodate such a shift.

Bei der in 4 dargestellten Verschiebung Z verringert sich bei dem oberen Deckel 11 die Kontaktkraft F₂ und bei dem unteren Deckel 11 die Kontaktkraft F₁, so daß die Kühlkanäle 12 undicht werden können.At the in 4 shown displacement Z decreases in the upper cover 11 the contact force F ₂ and the lower cover 11 the contact force F ₁ , so that the cooling channels 12 can leak.

Das in 7 dargestellte Diagramm zeigt, wie sich die ursprünglichen Kräfte F₁ und F₂ in Abhängigkeit von einer relativen Verschiebung Z ändern. Unter der Annahme, daß der Nennwert des Kühlfluiddrucks bei einer Verschiebung von Z = 0 auftritt, sind die Kräfte F₁ und F₂ gleich groß.This in 7 The diagram shows how the original forces F ₁ and F ₂ change depending on a relative displacement Z. Assuming that the nominal value of the cooling fluid pressure occurs with a shift of Z = 0, the forces F ₁ and F _{2 are} equal.

Eine Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann darin bestehen, daß die in Form von Nuten in den Deckeln 11 ausgebildeten Kühlkanäle 12 und 13 bei jedem Deckel 11 durch eine wärmeleitende membranartige Platte abgedeckt und dicht geschlossen sind, wobei die in der Seitenansicht tellerartige Form der Deckel 11 unverändert bleibt. Auch hierbei stellt die beschriebene Art der Befestigung und Verbiegung der Deckel 11, einschließlich ihrer Abdeckplatten, einen hohen Kontaktdruck und eine gute Wärmeleitung über die Armierung der Matrize 1 durch die Abdeckplatte zum Kühlfluid hin sicher.A modification of the illustrated embodiment can consist in that in the form of grooves in the covers 11 trained cooling channels 12 and 13 with every lid 11 are covered and tightly closed by a heat-conducting membrane-like plate, the plate-like shape of the lid in the side view 11 remains unchanged. Here, too, the described way of fastening and bending the cover 11 , including their cover plates, high contact pressure and good heat conduction via the reinforcement of the die 1 through the cover plate to the cooling fluid.

Die membranartigen Abdeckplatten können verschiedene Funktionen haben. So können sie nicht nur als Wärmeleiter, sondern auch als Korrosionsschutz dienen. Je nach ihrer Funktion können die Platten eine Dicke von einigen hundertstel Millimetern (in Form einer Folie) bis zu mehreren Millimetern aufweisen.The membrane-like cover plates can be different Have functions. So can not just as a heat conductor, but also serve as corrosion protection. Depending on their function can the plates are a few hundredths of a millimeter thick (in shape a film) up to several millimeters.

Eine Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist ausschnittsweise in 8 dargestellt. Sie kann darin bestehen, daß wenigstens in dem radial inneren Kühlkanal 12 wenigstens des einen Deckels 11 eine ringförmige Kühlleitung 29, insbesondere Kühlschlange, aus flexiblem wärmeleitenden Material, z.B. Elastomer oder Gummi, eingelegt ist, ohne die Form und Ausführung des Deckels 11 im Querschnitt wesentlich zu verändern. Lediglich die Dichtringe 19 und die sie aufnehmenden Nuten entfallen.A modification of the illustrated embodiment is excerpted in 8th shown. It can consist in that at least in the radially inner cooling channel 12 at least one cover 11 an annular cooling line 29 , in particular cooling coil, made of flexible heat-conducting material, for example elastomer or rubber, is inserted without the shape and design of the cover 11 to change significantly in cross section. Only the sealing rings 19 and the grooves receiving them are eliminated.

Auch bei dieser Abwandlung stellt die beschriebene Art der Befestigung und Verbiegung einen hohen Kontaktdruck sicher, wobei ein großer Teil der Oberfläche der eingelegten Kühlleitung mit der Armierung Verbindung hat und damit eine gute Wärmeableitung sichergestellt ist. Wichtig ist ein aus der Verbiegung des Deckels 11 herrührender hoher Kontaktdruck zwischen Deckel 11 und Kühlleitung 29, um zu verhindern, daß der Fluiddruck die Kühlleitung 29 ausbaucht und dadurch die wärmeleitende Kontaktfläche zwischen Kühlleitung und Armierung verringert wird.In this modification, too, the described type of fastening and bending ensures a high contact pressure, a large part of the surface of the inserted cooling line being connected to the reinforcement and thus ensuring good heat dissipation. What is important is that the lid is bent 11 resulting high contact pressure between cover 11 and cooling line 29 to prevent the fluid pressure from cooling line 29 bulges and thereby the heat-conducting contact surface between the cooling line and the reinforcement is reduced.

Diese Abwandlung stellt eine hohe Dichtheit sicher, so daß das Kühlfluid nicht austreten kann. Sie ermöglicht die Verwendung von Kühlmitteln, die hinsichtlich Sicherheit, Korrosion oder ähnliches eine absolute Dichtheit erfordern. Die Abwandlung ist außerdem gegen die zuvor beschriebenen relativen Verschiebungen verschiedener Ringelemente in der Armierung weitgehend unempfindlich.This modification ensures a high level of tightness, so that the cooling fluid cannot escape. It enables the use of coolants that require absolute tightness in terms of safety, corrosion or the like. The variation is au also largely insensitive to the previously described relative displacements of different ring elements in the reinforcement.

Claims

High pressure tool with a die ( 1 ) made of high pressure-resistant material, in particular sintered hard metal, which delimits a working cavity and is reinforced by ( 6 . 7 . 8th ) with at least one preload ring ( 6 ) is surrounded, whereby the reinforcement ( 6 - 8th ) in turn from an outer ring ( 9 ) is firmly surrounded characterized that at least one end face of the reinforcement ( 6 - 8th ) a lid ( 11 ) is attached tightly, one around the axis ( 14 ) the die ( 1 ) first cooling channel ( 12 ) near the die ( 1 ) limited and one to the matrix ( 1 ) coaxial hole ( 15 ), the diameter of which corresponds at least to the inside diameter of the working cavity.

High-pressure tool according to claim 1, characterized in that the cover ( 11 ) near a radially inner edge of the reinforcement ( 6 - 8th ) axially on the reinforcement ( 6 - 8th ) and with its radially outer edge on the outer ring ( 9 ), bending the lid ( 11 ) between its inner edge and its outer edge.

High-pressure tool according to claim 2, characterized in that the first cooling channel ( 12 ) by a radially inner first ring bead ( 16 ) and a second ring bead surrounding it ( 17 ) on the axially inner side of the cover ( 11 ) is limited.

High-pressure tool according to claim 3, characterized in that the second annular bead ( 17 ) from a third, radially outer annular bead ( 18 ) on the inside of the lid ( 11 ) is surrounded and the second and third ring bulge ( 17 . 18 ) a second cooling channel ( 13 ) limit.

High-pressure tool according to claim 4, characterized in that the first and the second annular bead ( 16 . 17 ) on one end surface of the reinforcement ( 6 - 8th ) and the third ring bead ( 18 ) on the outer ring ( 9 ) is present.

High-pressure tool according to claim 4, characterized in that the or each cooling channel ( 12 ; 13 ) by a heat-conducting, membrane-like thin plate as part of the cover for reinforcement ( 6 - 8th ) is closed.

High-pressure tool according to claim 6, characterized in that the Plate is corrosion-resistant.

High-pressure tool according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner edge section ( 24 ) of the lid ( 11 ) Thinner than the rest of the lid ( 11 ), especially towards the inner edge of the cover ( 11 ) is beveled.

High-pressure tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reinforcement ( 6 - 8th ) the die ( 1 ) around the preload ring ( 6 ) or the pre-tension rings ( 6 . 7 ) wraps around ( 8th ) made of steel strip.

High-pressure tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that on the other end face of the reinforcement ( 6 - 8th ) the die ( 1 ) also a lid ( 11 ) is attached according to one of claims 1 to 9 and the cooling channels ( 12 . 13 ) both covers ( 11 ) over at least one the reinforcement ( 6 - 8th ) near the die ( 1 ) penetrating cooling channel ( 23 ) are connected, the one cover ( 11 ) an input hole ( 21 ) and the other lid ( 11 ) an exit hole ( 22 ) for a cooling fluid.

High-pressure tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least the first cooling channel ( 12 ) one on the lid ( 11 ) and the reinforcement ( 6 - 8th ) adjacent cooling line ( 29 ) contains.

High-pressure tool according to one of claims 1 to 11, characterized in that the or each cover ( 11 ) in the undeformed state in the side view has approximately the shape of a flat plate.