DE2011765A1

DE2011765A1 - Druckbehälter, insbesondere für hydrostatisches Strangpressen

Info

Publication number: DE2011765A1
Application number: DE19702011765
Authority: DE
Inventors: Albert Edward Clifton b. Preston; Raraty Lionel Edward St.Annes Pigott (verstorben); Tomkins, Brian, Bolton; Lancashire (Großbritannien)
Original assignee: UK Atomic Energy Authority
Current assignee: UK Atomic Energy Authority
Priority date: 1969-03-17
Filing date: 1970-03-12
Publication date: 1970-10-01
Also published as: GB1292641A; JPS534246B1; US3707864A; DE7009130U; FR2035001B1; FR2035001A1; SE360453B

Description

United Kingdom Atomic Energy Authority 11, -oljeil.es- It Street, London S₁W,!,

Für diese Anmeldung wi:pd die Priorität auei der "britischen Patentanmeldung Nr, 13991/69 vom 17, März 1969 "beanspruclit

Druckbehälter, insbesondere für hydrostatisches Strangpressen

Die Erfindung bezieht sich auf Druckbehälter und insbesondere auf denjenigen Typ von Druckbehälter,■der als Doppelringkonstruktion einon inneren und einen äußeren konzentrischen Behälter mit .einem Ringraum zwischen den Behältern aufweist. Bei einem solchen Druckbehälter wird Flüssigkeit im Zwischenraum zwischen dem inneren und dem äußeren Behälter unter Druck gesetzt,, um eine bandagenartige Druckbeanspruchung auf den Innenbehälter auszuüben. Auf diese Weise wird der Innenbehälter,, wenn er innen unter Druck gesetzt wird, Druckspannungen oder druckmäßigen Vorspannungen unterworfen> welche die Wirkung haben, die ■Dauerfestigkeit des Innenbehälters unter zyklisch wieder--" ■ kehrenden Innendruckbedingungen zu erhöhen.

JSine Abdichtung ist zwischen dem Innen- und Außenbehälter an den Enden des Zwischenraums zwischen den Behältern vorzusehen,und bei einer Anordnung wird dies da-

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durch erreicht, daß die Enden des Innenbehälters in die Bohrung des Außenbehälters eingesetzt werden., wobei der Innenbehälter zwischen seinen Enden einen reduzierten Durchmesser aufweist_s um den ringförmigen Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehälter zu achaffen» Diese Anordnung hat einen Nachteil, wenn der Innenbehälter einem sich zyklisch wiederholenden Innendruck ausgesetzt wird. Die zyklische V/isderholung des Drucks im Innenbehälter veranlaßt diesen, sich in radialer Richtung auszudehnen und zusammenzuziehen.

Der ringförmige Zwischenraum zwischen den beiden Behältern verhindert, daß die Ausdehnung des Innenbehälters den Außenbehälter über den größten Teil seiner Länge beansprucht. Die zyklische Ausdehnung des Innenbehälters wird jedoch auf die Enden des Außenbehälters übertragen, wo die Enden des Innenbehälters dicht in der Bohrung des Außen-*- behälters sitzen. Diese zyklische Beanspruchung der Enden des Außenbehälters kann zu einem schnellen Ermüdungsbruch an den Enden des Außenbehälters führen. Dieser Nachteil tritt auch auf bei anderen Anordnungen, die ähnlich der obigen sind und boi welchen die .Enden des ringförmigen Zwischenraums zwischen den beiden Behältern durch mechanische Verbindungen zwischen dem Innen- und Außenbehälter geschlossen worden_v wobei diese Verbindungen die zyklische Ausdehnung des Innenbehältera übertragen können> um so die Enden des Außenbehält;ers zu beanspruchen.

Erfindungsgemäß setzt sich ein Druckbehälter zusammen aus einom inneren und einem äußeren konzentrischen zylindrischen Behälter mit einem ringförmigen Zwischenraum zwischen der Bohrung des "Außenbeliältern und der Außenoberfläche des Innenbehälters,wobei oino Jlinrichtunc zum Unterdrucksetzen eines Strömungsmittels im Zwischenraum zwischen dem Innen- und Aufumbühälter vorgesehen ist, um eine abstützende, bandagenartigo Druckbeanspruchung auf den Innenbehälter zur Einwirkung zu brtgon, wobei, die

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Enden des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter durch Abdichtungseinrichtungen abgeschlossen werden₅ die eine radiale Ausdehnung des Innenbehälters unter Druckbeaufschlagung in einem Strömungsmittel in dsr Bohrung des Innenbehälters zulassen, ohne eine Beanspruchung des Außenbehälters durch die radiale Ausdehnung des Innenbehälters hervorzurufen.

Insbesondere ist "bei -einem solchen Druckbehälter der Innenbehälter konzentrisch in der· Bohrung des Außen-/ behälters ohne zwangsläufige Behinderung gegen radiale Ausdehnung durch den Außenbehälter abgestützt, viobei die Enden des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter durch Dichtungseinrichtungen geschlossen sind., welche eine freie radiale Ausdehnung der Enden des Innenbe,-hälters unter Druckbeaufschlagung im Strömungsmittel in der Bohrung des innenbehälters zulassen, ohne zu einer Beanspruchung der benachbarten Enden des Außenbehälters zu führen.

Die Enden des Zwischenraums zwischen Innen- und Außenbehälter können durch Dichtungsbauteile verschlossen werden, die in den Enden der Bohrung des Außenbehälters befestigt und abgedichtet sind, wobei diese'Abdichtungsbauteile Endflächen aufweisen,, die in Kontakt mit den Enflachen des Innenbehälters stehen., und wobei Abdient smitt el vorgesehen sind, die ein Auslecken von unter Druäc stehendem Strömungsmittel aus dem. Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehält ^ryr über die Endflächen des Innenbehälters und die entsprechenden Endflächen der Abdichtungsbauteile hinvieg verhindern.

Eine Ausführungsform der Erfindung wird nunmehr anhand der sie beispielsweise wiedergebenden Zeichnung beschrieben,, die einen Längsschnitt wiedergibt.

In der Zeichnung ist ein Druckbehälter von Doppelringkonstruktlon dargeateilt _v der einen inneren zylindrischen Behälter 1 und einen äußeren Behälter 2

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aufweist, der konzentrisch zum Innenbehälter angeordnet ist. Der Innenbehälter 1 hat einen kleineren äußeren Durchmesser als den Innendurchmesser des Außenbehälters 2, so daß ein ringförmiger Zwischenraum 3 zwischen den Behältern 1 -und 2 gebildet wird. Ein Dichtungsring 4 sitzt in jedem Ende" der Bohrung des Außenbehälters 2 und steht mit den flachen Enflächen 5 des Innenbehälters 1 in Berührung. Der Dichtungsring 4 an der⁴ unteren Endfläche

5 des Innenbehälters 1 wird durch einen Schraubstopfen

6 fixiert j welcher in das untere Ende der Bohrung des Außenbehälters 2 eingeschraubt ist. Der Dichtungsring 4 an der oberen 'ündfläche 5 des Innenbehälters 1 wird durch einen Klemmring 7 fixiert> welcher in das obere Ende der Bohrung des Außenbehälters 2 eingeschraubt ist. Jeder der Dichtungsringe 4 wird in der Bohrung des Außenbehälters 2 durch einen Kupf er-G-ehrungsring 8 und einen Gummi-O-Ring 9 abgedichtet. Die Enflache 10 des Dichtungsringes 45 welche mit der oberen Endfläche 5 des Innenbehälters 1 in Berührung steht, weist eine ringförmige Ausnehmung 11 auf _s die durch Radialschlitze 12 mit der Innenkante des Dichtungsringes 4 verbunden ist. Der Dichtungsring 4» der mit der unteren Endfläche 5 des Innenbehälters 1 in Berührung steht, weist ebenfalls eine ringförmige Ausnehmung 11 auf, die über Radialschlitze 12 mit der Innenkante des Dichtungsringes 4 verbunden ist. Ein Auslecken von unter Druck stehender Flüssigkeit aus dem Zwischenraum 3 über die sch berührenden Endflächen 5 und 10 des Innenbehälters 1 und der Dichtungsringe 4 hinweg wird durch hülsenförmige Nylonringe 13 verhindert, die in Ausnehmungen 14 um jedes Ende des Innenbehälters 1 und das angrenzende Ende des entsprechenden Dichtungsringes 4 herum sitzen.

DerEndüstopfen 6 weist einen Teil 15 auf, der in dor Bohrung 16 des Innenbehälters 1 sitzt. Der Teil 15 des Endetopfeno 6 ist in der Bohrung 16 des Innenbehälters 1 durch einen Kupfer-Gehrungsring 17 und einen

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Gummi-O-Eing 18 abgedieiltet. Bin in Längsrichtung verlau- · f endes Iiüftungsloch 19 im Endstopfen 6 steht mit einem Zwischenraum 20 zwischen dem Stopfen 6 und der Innenkante des unteren Dichtungsringes 4 in Verbindung. Ein Plungerkolben 21 ist in die Bohrung 16 des Innenbehälters 1 durch den Klemmring 7 hindurch eingeführt. Der Kolben 21, ist in der Bohrung 16 des Innenbehälters 1 durch einen Kupfer-Gehrungsring 22 und einen Gummi-0-Ring'23 abgedichtet.

Die sich berührenden Endflächen 5 und 10 des Innenbehälters 1 sowie die Dichtungsringe 4 sind geschmiert, beispielsweise mit Molybdändisulfid.

Bei einer Alternativanordnung sind Dichtungen zwischen den sich berührenden !lachen 5 und 10 des Innenbehälters 1 und der Dichtungsringe 4 an den Innenkanten der Dichtungsringe 4 vorgesehen, wobei die Nylon-Dichtungsringe 13 weggelassen werden. In diesem Falle hat unter Druck stehende Flüssigkeit im Zwischenraum 3 Zugang zu den sich berührenden Endflächen 5 und 10 des Innenbehälters. 1 und der Dichtungsringe 4 und bildet eine Schmierung zwischen·diesen Flächen. Diese Anordnung hat jedoch einen Nachteil insofern, als der Druck der Flüssigkeit, der auf die Endflächen 10 der Dichtungsringe 4 einwirkt, eine große Endkraft auf den Enfetopfon 6 und den Klemmring 7 zur Einwirkung bringt, die eine außerordentliche bzw. unverhältnismäßig größe Verfestigung bzw. Verstärkung des Eirbtopfen3 6 und des Klemmrings 7 erfordert.

Bei einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Innenbehälter 1 die Form von in Längsrichtung verlaufenden Ringeegmonten mit sich berührenden Radialflächen haben. In diesem Falle werden die Nylon-Dichtungsringe 13 durch eine einzige NylonhUlse ersetzt, welche die gesamte Außenoberfläche des Innenbehälters bedeckt und sich über die Enden des Innenbehälters hinaua erstreckt,, so daß sie auch auf den Enden der Dichtungsringe 4 sitzt. Bei ■ dieser Anordnung verhindert die Nylonhüloe ebenfalls ein

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Auslecken von Druckflüssigkeit aus dem Zwischenraum 3 zwischen den sich "berührenden Radialflächen der Segmente, welche den Innenbehälter bilden.' .i3s kann auch ein dünnwandiges Auskleidungsrohr in der Bohrung des Innenbehälters vorgesehen werden, um ein Auslecken von Druckflüssigkeit aus der Bohrung des Innenbehälters zwischen den sich berührenden Radialflächen der Segmente de3 Innenbehälters zu verhindern.

Bei der praktischen Anwendung der in der Zeichnung dargestellten Anordnung wird Flüssigkeit 24 im Zwischenraum 3 zwischen dem Innenbehälter 1 und dem Außenbehälter 2 unter Druck gesetzt, beispielsweise über eine radiale Querbohrung 25 im Außenbehälter 2. Der Druck der Flüssigkeit im Zwischenraum 3 übt eine bandagenartige Druckspannung auf den Innenbehälter 1 aus. Die Flüssigkeit im Zwischenraum 3 wird auf einen solchen Grad komprimiert, daß., wenn Flüssigkeit 26 in der Bohrung 16 des Innenbehälters. 1 durch Eraftbeaufschlagung des Kolbens 21 unter Druck gesetzt wird, der Innenbehälter nur Druckspannungen oder druckmäfiigen Vorspannungen ausgesetzt ist. Unter diesan Bedingungen hat der Innenbehälter 1 eine höhere Dauerfjstigkeit als im Falle eines Behälters, der nicht durch Flüssigkeitsdruck auf seiner Außenoberfläche abgestützt ist und der daher Zugspannungen unterworfen ist.

" In dem Maße, wie die Flüssigkeit 26 in der Bohrung 16 des Innenbehälters 1 unter Druck gesetzt wird,, dehnt sich der Behälter 1 radial aus. Die radiale Ausdehnung an den Enden des Innenbehälters 1 wird durch Gleiten zwischen den sich berührenden Endflächen 5 und 10 des Innenbehälter3 1 und der Dichtungsringe 4 aufgenomm.Gn. Auf diese V/eise führt die radiale Ausdehnung an don Enden des Innenbehälters 1 nicht au einer Beanspruchung der benachbarten Enden des Außonbehältors 2. Dies ist ein wesentlicher Vorteil des Druckbehälter nach der Erf ixtung gegenüber vorbekannten Ausführungsformen von durch Flüssigkeit abgestützten Druckbehältern, bei denen bei wiederholter Verwendung die

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Enden des Außenbehälters v/i ederh ölten Zugspannungen durch Ausdehnung und Zusammenziehung des Innenbehälters ausgesetzt sind, wobei diese zu einem raschen Ermüdungs-"bruch an den Snden des Auß ent) ehält er s führen können.

. Sollte.einer der Nylon-Dichtungsringe 13 während des Betriebs versagen, so entweicht Flüssigkeit 24 aus dem Zwischenraum 3 zwischen den sich "berührenden Flächen 5 ur.d 10 der Enden des Innenbehälters 1 und der Dichtungsringe 4 hindurch.Die entweichende Flüssigkeit gelangt in die ringförmigen Ausnehmungen 11 in den Flächen 10 der Dichtungsringe 4 und entweicht in die Atmosphäre über dio PLadialschlitze 12 ₉ welche die ringförmigen Ausnehmungen 11 mit der Innenkante der Dichtungsringe 4 verbinden. Im Falle des unteren Dichtungsringes 4 gelangt die über die Eadialsehlitze 12 entweichende Flüssigkeit durch den Zwischenraum 20 zwischen dem Stopfen 6 und der Innenkante des unteren Dichtungsringes 4 und dann durch das. Lüftungsloch 19 im Endstopfen 6 hindurch.

Die Abmessungen und Betriebsparameter eines typischen Druckbehälters der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform sind folgende:".

Innenbehälter 1, Bohrungsdurchmesser 1 Zoll (25,4 mm) Innabehälter 1, Außendurchmesser 3,75 Zoll (95,25 mm) Außenbehälter 2_} Bohrungsdurchmesser 4 Zoll (101,5 mm) Außenbehälter 2» Außendurchmesser 14 Zoll (3O4_v0 ram) Druck der abstützenden Flüssigkeit

24 im Zwischenraum 3 45 t/Zoll² (7087 kg/

Betriebsdruck der Flüssigkeit 26

in der Bohrung 16 des Innenbehälters

1 80 t/Zoll² (12599 kg/

' cm")

Schließlich besteht ein Anwendungsbeispiel eines Druckbehälters> wie er in der Zeichnung dargestellt ist, beim Ausführen eines hydrostatischen Strangpreßverfahrens. In diesem Falle ist der Endstopfcn 6 als

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Mundstückesis mit einer Längsmittelbohrung ausgebildet. Ein Strangpreßmundstück wird an der oberen Endfläche des Endstopfons 6 befestigt. Flüssigkeit wird um einen Preßling in dor Bohrung 16 des Innenbehälters 1 herum unter Druck gesetzt; so daß der Preßling durch das Mundstück hindurch stranggepreßt wird und das straggepreßte Produkt über die Längsbohrung im 3ndstopfen 6 austritt.

Die Erfindung betrifft auch Abänderungen der im beiliegenden Patentanspruch 1 umrissenen Ausführungsform und bezieht sich vor allem auch auf sämtliche Erfindungsmerkmale, die im einzelnen — oder in Kombination — in der gesamten Beschreibung und Zeichnung offenbart sind.

Patentansprüche

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Claims

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70 034 Kü/Bk. - 9 -

11.MRZ.1970

Pat entanspruche

f 1 Λ Druckbehälter insbesondere für hydrostatisches Strangpressen, bestehend aus einem Innenbehälter und einem konzentrischen, zylindrischen Außenb ehält er., dadurch gekennzeichnet , daß ein ringförmiger Zwischenraum zwischen der Bohrung des Außenbehälters und der Außenoberfläche des " . Innenbehälters sowie eine Einrichtung zum Unte'rdrucksetzen eines Strömungsmittels im Zwischenraum zwischen Innen- un,d Außenbehälter, um eine abstützende,, bandagenartige Druckspannung auf den Innenbehälter auszuüben, in der Weise vorgesehen sind, daß der Zwischenraum zwischen Innen- und Außenbehälter (1,2) durch Abdichtungseinrichtungen (4) abgeschlossen ist, welche eine radiale Ausdehnung des Innenbehälters bei Druckbeaufschlagung.eines Strömungsmittels in der Bohrung des Innenbehälters (1) zulassen, ohne eine Beanspruchung des Außenbehälters (2) durch die radiale Ausdehnung des Innenbehälters hervorzurufen.

2. Druckbehälter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet _s daß der Innenbehälter konzentrisch in der Bohrung des Außenbehälters ohne zwangsläufige Einschränkung der Radialausdehnung durch den Außenbehältur abgestützt ist und die Enden de3 Zwischenraums zwischen innen- und Außenbehäl— ter durch Abdichtungseinrichtungen geschlossen sind., welche eine freie radiale Ausdehnung der Enden des Innenbehälters

(1) unter Druckbeaufschlagung:. eines Strömungsmittels in der Bohrung (16) des Innenbehälters (l) zulassen, ohne zu einer Beanspruchung der benachbarten linden des Außenbehälters

(2) zu führen.

3* Druckbehälter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,, daß die Einrichtung zum Unterdrucksetzen eines Strömungsmittels im Zwischenraum (3) zwischen Innen- und Außenbehälter (l»2) einen Durchgang (25) aufweist, welcher durch die Wand dea Außenbehälters (2) hindurch verläuft.

4. Druckbehälter nach Anspruch 2> dadureh^gekennzelehnet, daß die Enden des Zwischenraums (3) zwischen Innen- und Außenbehälter (l_v2) durch Dichtungsbauteile (4) verscMcsm

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sind, welche in den Enden der Bohrung dos Außenbehälters (2) fixiert und abgedichtet sind daß die Dichtungsbauteile mit .Endflächen (10) in Berührung mit den Jikif lachen (5) das Innenbehälters (1) stehen, und daß Abdichtungseinrichtungen, welche in dar Lage sind, ein Gleiten zwischen dan 13nf lachen (5) des Innenbehälters (1) und den entsprechenden Endflächen (10) der Dichtungsbauteile (4) aufzunehmen, vorgesehen sind und ein Auslecken von unter Druck stehendem Strömungsmittel aus dom Zwischenraum (3) zwischen Innen- und Außenbehälter (1,2) über die 3ndflachen (5) des Innenbehältors (1) und die entsprechenden Endflächen (10) der Dichtungsbauteile (4) hinweg verhindernν

5. Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtungs baut eile (4).. welche in den Zlnden der Bohrung des Auß enb ehält or s (2) fixiert und abgedichtet sind ringförmige jündfläch-on (10) auf-

(5)

weisen, welche den ringförmigen Endflächen 'des Imienbehälters (1) entsprechen und mit diesen in Berührung stehen·, und daß di^ Abdichtungs einrichtungen zwischen den Außenkanten der ringförmigen Endflächen (5) des Innenbohälters (I) und den Außenkanten der entsprechenden ringförmigen [ülndfläehen (10) der Dichtungsbauteilo (4) vorgesehen sind.

6.Druckbehälter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet daß die Abdichtungsbautoile (4 .6.7), welche in don indan der Bohrung des Außenbehälters (2) fixiaround abgedichtet sind zylindrische Verlängerungen mit dom gleichen Durchmesser wie dem Außsndurchmessor des Innenbohältors (I) aufweisen, daß diese zylindrisch an Verlängerungen des Abdichtungsbautoila ringförmige JUndf lachen aufweisen, die in Berührung mit den ringförmigen Endflächen dos Innonbehältors (ι) stehen, und daß die Abdichtungseinrichtungen οinen flexiblen ringbandformigon Dichtungsring (I3) aufwoisan,, wolchor jodea Jünde doa Inn enb ehält or s (1) und das 'iida dor zylindrischen Verlängerung dos entspr^ohondon Abdichtungobautcilu umochlioßt.

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7 c Druckt»ehält or nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,, daß der Innenbehalter (1) einen Ring aus Teilringsegmenten mit sich berührenden Radialflächen aufweist, daß die Bohrung des Innenbehälters mit einer Auskleidungshülse vorsehen ist. und daß die.Abdlehtungsbauteile, welche in den Enden der Bohrung des Außenbehälters (2) fixiert und abgedichtet sind_v zylindrische Verlängerungen vom gleichen Durchmesser wie dem Außendurchmesser des Innenbehälters (1) aufzuweisen, wobei die zylindrischen Verlängerungen der Abdichtungsbauteile ringförmige Endflächen aufweisen, die in Berührung mit den ringförmigen Endflächen des Innenbehälters (1) stehon, und daß die Abdichtungseinrichtungen eine flexible Hülse aufweisen, welche die Außenoberflache der Segmente des Innenbehälters umschließt und abdichtet und sich über die Enden des Innenbehälters (1) hinaus erstreckt, um die Enden der zylindrischau Verlangorungen der Abdichtungsbauteile zu umschließen und abzudichten.-.

■ 8. Druckbehälter nach· Anspruch 4·/ dadurch.'gekennzeichnet, daß die Abdichtungsbauteilο (4) an den Enden der Bohrung des Außenbehälters (2) sine Ringform aufwei- ' sen. derart, daß ein Stopfen (15) im einen Ende der Bohrung (16) des Innenbehälters (1) zu fixioren und abzudichten ist und daß ein das Strömungsmittel unter Druck setzender Stößel (.21) in das andere Ende der Bohrung (.15) des .des Innenbehälters (1) einzuführen ist.

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