DE2006017C3

DE2006017C3 - Hohler Zylinder zur Aufnahme eines hohen Druckes

Info

Publication number: DE2006017C3
Application number: DE2006017A
Authority: DE
Inventors: Hans Robertsfors Lundstroem
Original assignee: ASEA AB
Current assignee: ABB Norden Holding AB
Priority date: 1969-02-14
Filing date: 1970-02-10
Publication date: 1981-11-05
Also published as: DE2006017A1; SE344287B; US3640111A; GB1288866A; DE2006017B2; JPS5020956B1

Description

Die Erfindung betrifft einen hohlen Zylinder zur Aufnahme eines hohen Druckes, insbesondere für Strangpreßmaschinen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein solcher hohler Zylinder ist bekannt aus der Druckschrift »Der Stahlbau« 1961, S. 266, Bild 1.

Bei hydrostatischen Strangpressen ist die Länge des Druckerzeugungsstempels durch seine Knickfertigkeit begrenzt. Damit ist auch das Volumen begrenzt, das in einem Arbeitszyklus gepreßt werden kann. Um bei einer gewissen maximalen Stempellänge die Länge der zu verpressenden Rohlinge steigern zu können, sind die Pressen oft so ausgeführt, daß nach dem Einschieben des Stempels in den Preßzylinder dieser und der Stempel zusammen über die Matrize geschoben werden. Die Matrize ist dabei von einer langen, zylindrischen oder rohrförmigen Stütze getragen, die als ein entgegengesetzt zum Preßstempel einschiebbarer Stempel dient. Bei sehr hohem Druck hat es sich jedoch als schwer erwiesen, die hohle, von außen belastete Matrizenstütze fest genug zu machen, da die Tangentialspannung an der Innenfläche eines Rohres, das einem äußeren Überdruck ausgesetzt wird, mindestens doppelt so hoch wie dieser wird. Nach der Elastizitätstheorie gilt:

»..= -2p —

worin

σ_ρι die Tangentialspannung in einem einfachen Rohr,

P den äußeren Druck,

r, den Innenradius und

r_y den Außenradius des Rohres bedeuten.

Bei einem äußeren Überdruck von 30 kbar wird die Tangentialspannung an der Innenfläche eines Rohres mindestens 600 kp/mm², wenn es nicht bereits vorher an der Innenfläche plastisch deformiert wird. Wenn es plastisch deformiert wird, entstehen bei der Druckentlastung Zugspannungen, die bei dem harten Material, das verwendet werden muß, in der Regel zu Rissen an der Innenfläche und nach und nach zum Bruch führen.

Bei dem aus der obengenannten Druckschrift bekannten Behälter handelt es sich um einen solchen zur Aufnahme von Innendrücken. Lediglich während des Herstellungsprozesses des Behälters besteht zwischen den übereinandergeschobenen konzentrischen Rohren ein Spiel. Im Laufe des weiteren Herstellungsprozesses wird der Behälter durch eine Druckflüssigkeit von innen so stark belastet, daß sich die einzelnen Zylinder der Behälterwand plastisch verformen und eine unmittelbare, auch nach Wegnahme des Druckes bleibende Anlage zwischen den einzelnen Zylindern der Behälterwand entsteht. Zu diesem Zweck werden die einzelnen Zylinder der Wand aus Material mit ausgeprägten Streckgrenzenbereichen hergestellt Auf diese Weise wird ein Behälter mit einer mehrlagigen Wand hergestellt, wobei die einzelnen Lagen ähnlich wie bei

jo aufeinander aufgeschrumpften Teilzylindern vorgespannt sind.

Aus der DE-PS 7 07 647 sind ebenfalls aus mehreren Zylindern bestehende Druckbehälter bekannt, bei denen die einzelnen Zylinder entweder aufeinander aufge-

2^r> schrumpft sind oder zumindest durch einen nachträglichen Walzvorgang in eine unmittelbare satte Anlage untereinander gebracht werden.

Aus der DE-PS 1 67 974 ist eine hydraulische Strangpresse bekannt, bei der die eigentliche Strang-

i(i presse in einem Hochdruckraum gelagert ist, in welchem die Presse von einer Druckflüssigkeit umgeben ist. Über einen Differentialkolben wird im Innenraum der eigentlichen Presse ein noch höherer Druck erzeugt, so daß die Wand der Presse mit einem von innen nach

)i außen gerichteten Differenzdruck belastet ist. Die Wand dieser Presse besteht aus drei satt gegeneinander anliegenden Zylindern, die möglicherweise aufeinander aufgeschrumpft sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen hohlen Zylinder der eingangs genannten Art zu entwickeln, der durch einen von außen wirkenden Druck höher belastbar ist, als die bekannten Zylinder.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein hohler Zylinder nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 vorgeschlagen,

•r, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 genannten Merkmale aufweist.

Eine vorteilhafte Weiterbildung der Erfindung ist im Anspruch 2 genannt.

Die Erfindung gestattet die Herstellung von hohlen

-,o Zylindern oder von Rohren, die als Matrizenstütze, Matrize und dgl. geeignet sind und in denen man an der Innenfläche eine niedrigere Tangentialspannung erhält als in einem einfachen dickwandigen Rohr. Der hohle Zylinder gemäß der Erfindung ist im wesentlichen

ν-, dadurch gekennzeichnet, daß der in die Druckkammer hineinragende rohrförmige Körper aus mindestens zwei sich umgebenden Rohren besteht, zwischen denen bei unbelastetem äußeren Rohr ein ringförmiger Spalt besteht, die sich aber berühren, wenn das äußere Rohr

bo dem maximalem Preßdruck ausgesetzt wird. Wenn der Zylinder als Matrizenstütze dient, ist er in der Regel so ausgeführt, daß sein äußeres Rohr die auf die Matrize wirkende axiale Kraft aufnimmt.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß die Tangen-

fvi tialspannung an der Innenfläche des hohlen Zylinders erheblich herabgesetzt wird. Angenommen, die Axialspannung im Zylinder ist Null, so erhält man bei Verwendung zweier konzentrischer Rohre bei geeigne-

ter Größe des dazwischenliegenden Spaltes, unter der Bedingung, daß die zu vergleichende Spannung an den inneren Flächen der beiden Rohre gleich und die kleinstmögliche und das Verhältnis der Materialstärken in den Rohren optimal gewählt worden ist, folgende maximale Tangentialdruckspannung an dem inneren Radius der Rohre:

-4p

-KrJr.)

wobei

Om der Tangentialspannung für einen aus zwei Rohren aufgebauten Zylinder,

Ti dem Innenradius des zusammengesetzten Zylinders und

r_y dem Außenradius des zusammengesetzten zylinders entspricht.

Der Vorteil eines doppelwandigen Zylinders im Vergleich mit einem einfachen Zylinder geht aus nachfolgender Tabelle hervor.

σ..ιι/σ..ι 0,667

0,71

0,74

0,80

Es ist möglich, mehr als zwei Rohre anzuwenden und dadurch die maximale Tangentialdruckspannung weiter zu senken.

Anhand der Figuren soll die Erfindung an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden, die sich auf hydrostatische Strangpressen beziehen. Es zeigt

F i g. 1 schematisch eine Presse zum hydrostatischen Strangpressen, bei der die Matrizenstütze einen in die Druckkammer einschiebbaren Stempel bildet,

F i g. 2 in größerem Maßstab den ein hohles Rohr gemäß der Erfindung bildenden Druckstempel mit Matrize aus der Strangpresse gemäß F i g. 1,

F i g. 3 eine hydrostatische Strangpresse mit einem Druckmultiplikator, dessen Zylinderwand gemäß der Erfindung aufgebaut ist,

Fig.4 den Matrizenbereich einer gewöhnlichen Strangpresse, bei der die Matrizenstütze gemäß der Erfindung aufgebaut ist,

F i g. 5 eine ähnliche Ausführungsform wie F i g. 4, bei der die eigen'liche Matrize und die Matrizenstütze eine integrierte Einheit bilden und gemäß der Erfindung aufgebaut sind.

In den Figuren bezeichnet 1 einen Preßkolben und 2 einen Pressentisch in einer im übrigen nicht gezeigten horizontalen hydraulischen Presse. Am Kolben 1 ist ein Druckerzeugungsstempel 3 mit Hilfe eines Spannringes 4 und am Tisch 2 ein fester Stempel 5 mit Hilfe eines Spannringes 6 befestigt. Der Stempel 5 dient als Stütze einer Matrize 7. Beide Stempel sitzen in einem Preßzylinder 8, der axial verschiebbar ist und von dem Kolben 1 über den festen Stempel 5 gepreßt wird, wenn der Stempel 3 ganz in den Zylinder 8 hineingeschoben ist

Der Teil des Stempels 5, der sich innerhalb der Dichtungen 9 befindet, wird von dem im Zylinder 8 eingeschlossenen Druckmedium einem äußeren Überdruck ausgesetzt. Um dem hohen Druck widerstehen zu können, besteht der Stempel aus zwei konzentrischen Rohren 10 und 11, zwischen denen sich am freien Ende des Stempels eine Dichtung 12 befindet, die das Druckmedium daran hindert, zwischen die Rohre zu dringen. Der Außendurchmesser des Rohres 11 ist kleiner als der Innendurchmesser des Rohres 10, d. h. zwischen den Rohren ist ein Spalt, wenn der Stempel unbelastet ist. Das Rohr 11 ist etwas kürzer als das Rohr lfc, so daß dieses die ganze axiale Kraft aufnimmt, die während des Pressens auf die Matrize 7 einwirkt.

In F i g. 3 bezeichnet 21 einen Druckerzeugungsstempel und 22 einen Pressentisch einer im übrigen nicht to gezeigten Presse. Die Pressenausrüstung ist für hydrostatisches Strangpressen bei ultrahohem Druck vorgesehen, womit Drücke in einer Größenordnung von ca. 25 kbar und darüber gemeint sind. Am Pressentisch

22 stützt sich ein Hochdruckzylinder ab, der wie üblich aus einem inneren Rohr 23 und einem vorgespannten Sandmantel 24 besteht Der Stempel 21 ragt in das Rohr

23 des Zylinders und erzeugt einen Druck auf das in dem Zylinderraum 25 eingeschlossene Druckmedium. In dem Zylinder befindet sich eine Einheit, die aus einem Druckmükiplikator 26 und einer Preßkammer 27 besteht. Der Druckmultiplikator 26 enthält einen Differentialkolben 28, der in einer Kammer mit einem mit Gas unter niedrigem Druck gefüllten oder ganz oder teilweise evakuierten Raum 29 axial beweglich ist. Diese Kammer ist aus zwei konzentrischen Rohren 30 und 31 aufgebaut, zwischen denen ein Spalt 32 liegt, wenn die Kammer unbelastet ist. An dem oberen und unteren Teil der Kammer sitzen Ringe 33 und 34. Zwischen dem Ring 33 und dem Kolben 28 liegt ein Dichtungsring 35. Die

jo Preßkammer 27 besteht aus einem inneren Rohr 36 und einem äußeren vorgespannten Rohr 37. In der Druckkammer befinden sich eine Matrize 38 und ein Rohling 39. Die ganze aus Druckmultiplikator 26 und Preßkammer 27 bestehende Einheit ist umgeben von einem Rohr 41, das mit einer Schweißnaht am Ring 33 angeschlossen ist. Zwischen dem Druckkammerrohr 23 und dem Dichtungsrohr 41 liegt ein Dichtungsring 43 und ein Stützring 44 für diesen. Zwischen der Matrize 38 und dem Rohr 39 sitzt ein Dichtungsring, und zwischen dem Kolben 28 und dem Zylinder 36 ein Dichtungsring 45.

Der Raum 29 des Druckmultiplikators ist von dem mit Druckmedium gefüllten Raum 25 in der äußeren Druckkammer dichtend abgegrenzt durch das Rohr 41 und den Kolben 28 m mit der Dichtung 35. Er ist weiterhin von dem Raum 40 in der eingeschlossenen Druckkammer 27 durch den unteren Teil des Kolbens 28 mit der Dichtung 45 abgegrenzt. Beim Strangpressen wird der Kolben 21 in den Raum 25 der Hochdruckkammer hineingeschoben und erzeugt einen Druck, der den Druckmultiplikator 26 von außen beeinflußt, der mit den Rohren 30 und 31 ausgeführt ist, zwischen denen der Spalt 32 liegt, wenn der Druck des umgebenden Druckmediums im Raum 25 niedrig ist

In F i g. 4 und 5 bezeichnet 50 einen Pressentisch einer im übrigen nicht gezeigten Presse, 51 den inneren Teil eines im übrigen nicht gezeigten Hochdruckzylinders. Zwischen dem Hochdruckzylinder 51 und dem Tisch 50 befindet sich eine ringförmige Scheibe 52 mit einem in

bo den Hochdruckzylinder hineinragenden Teil 53 und einer Führung 54. Zwischen dem Hochdruckzylinder 51 und dem Teil 53 ist eine Packung 55 angeordnet.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 4 ruht die Matrize 56 auf einer Matrizenstütze, die aus einem äußeren kurzen

b5 Rohr oder Ring 57 und einem inneren Rohr oder Ring 58 besteht. Zwischen diesen liegt ein Spalt 59, wenn der Druck im Raum 60 niedrig ist. Dieser Spalt verschwindet, wenn der Druck zunimmt, so daß der Ring 57

zusammengepreßt wird und sein Durchmesser sich vermindert. Bei hohem Druck wird er dabei von dem Ring 58 gestützt. Die Fuge zwischen der Matrize 56 und dem Ring 57 wird von einer Hülse 61 aus elastischem Material überdeckt, die das Druckmedium im Raum 60 ■> daran hindert, /wischen die Matrize und den Ring 57 zu dringen. Zwischen dem Ring 57 und dem Teil 53 der Scheibe 52 liegt eine Dichtung 62, die das Druckmedium daran hindert, zwischen die Matrizenstütze und den Teil 53 zu dringen. Die Führung 54 zentriert die Matrizen- in stütze im Verhältnis zur Öffnung 63 in der Platte 52. Durch die gezeigte Ausführung kann man einen sehr kurzen Abstand zwischen der Spritzkante 64 und der Grundfläche der Matrize 56 halten und so vermeiden.

daß das Material um das Loch in der Matrize unter der Spritzkante beim Pressen plastisch deformiert wird. Diese plastische Deformierung resultiert in einer tangentialen Zugspannung bei Druckentlastung und verursacht radiale Risse an der Spritzkante 64 und Beschädigung der Matrize.

Bei der Ausführung gemäß F i g. 5 bilden Matrize und Matrizenstütze eine integrierende Einheit. Die Matrize 70 ist an ihrem unteren Ende außen konisch und dort von einem innen konischen Ring 71 umgeben. Die Kegelwinkel der Matrize 70 und des Rings 71 sind so gewählt, daß zumindestens in dem Gebiet unter der Spritzkante 64 ein Spalt 73 entsteht.

Hierzu 3 Blatt Zcichniin»cn

Claims

Patentansprüche:

1. Hohler Zylinder zur Aufnahme eines hohen Druckes, insbesondere für Strangpreßmaschinen, bestehend aus mindestens zwei konzentrisch ineinander angeordneten Rohren, wobei der Innendurch messer eines äußeren Rohres größer als der Außendurchmesser des benachbarten inneren Rohres und zwischen beiden Rohren ein Spiel vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spiel (32, 59, 73) im unbelasteten Betriebszustand vorhanden ist, daß dieses Spiel bei einem Bruchteil der vollen von außen wirkenden Belastung des hohlen Zylinders verschwindet und daß bei weiterer Steigerung der Belastung des hohlen Zylinders (11, 10;30,31;58,57; 70,71) das jeweils äußere Rohr (10, 31, 57, 71) teilweise durch Stützung auf dem jeweils inneren Rohr (11,30,58,70) entlastet wird.

2. Hohler Zylinder nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spalte (32, 59, 73) derart bemessen sind, daß bei voller von außen wirkender Belastung die Rohre (11, 10; 30, 31; 58, 57; 70, 71) etwa gleichstark beansprucht sind.