DE2134737A1 - Offenendiges Hochdruckgefäß - Google Patents

Offenendiges Hochdruckgefäß

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DE2134737A1 DE19712134737 DE2134737A DE2134737A1 DE 2134737 A1 DE2134737 A1 DE 2134737A1 DE 19712134737 DE19712134737 DE 19712134737 DE 2134737 A DE2134737 A DE 2134737A DE 2134737 A1 DE2134737 A1 DE 2134737A1
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    • B29L2023/00—Tubular articles

Description

PATEMTAMWALTE
D F?. I. M Λ Λ S
DR, W. P F ν. I F F E F?
R RVCiTHLNLEITNER
Γ. MHrJCHEN 23
ö - TEL. 39 02 30
OLP 1077 + 1079
national Forge Company, Irvine, Warren County, Pensylvania, V.St.A.
Offenendicjes Hochcxuckcfefäß
Die Erfindung betrifft allgemein isostatische Hochdruckgsfäße. Im besonderen ist die Erfindung auf offenendige isostatische Hochdruckgefäße abgerichtet, bei denen untere una obere Stopfenverschlüsse verwendet werden, von denen zumindest der obere während eines F oriagebungs Vorgangs durch eine äußere Anordnung gehalten wird, die eine Abstützung bildet, welche bein Betrieb unter hohem Druck elastisch verformbar ist.
Bei iso3tatischen Druckgefäßen der beschriebenen Art wird aas zu formende bzw. zu verdichtende Material in eine befestigte Form bzw. in einen "trockenen Sack" ("dry bag"), gewöhnlich aus Gummi, cjefüllt, und ein inter hohem Druck stehendes Medium erhält Zutritt in das Gefäß außerhalb des Sackes bzw, Beutels, um einen i£3o3tatischem Druck um den Beutel herum auszuüben, so daß das in diesem befindliche Materiell verdichtet wird. Solche befestigte Formen werden gewöhnlich in der ringförmigen Llcke gehalten, die durch die Oberkante der Gefäßkörperwand und den oberen Stopfenverschluß gebildet wird. Infolge der relativen Bewegung
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zwischen dem oberen Stopfenverschluß und dem oberen Gefäßkörper, welche durch die elastische Verformung der Abstützung während eines Formgabungs- bzw. Verdichtungsvorgangs verursacht wird, wird die Gummiform nach oben gedrückt, was zur Folge hat, daß ihre in die Gefäßv/and eingesetzten Befestigungsnasen abgeschert werden. Dies führt dazu, daß der Sack bzw. Beutel reißt und das in das Gefäß eintretende Druckmittel auch in das Innere des Sackes bzw. Beutels eintritt, wodurch die Wirksamkeit des Sackes oder Beutels und der gesamte FormgebungsVorgang zerstört wird.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, die Zerstörung des festgemachten Beutels während der elastischen Verformung der äußeren Abstützung, beispielsweise eines Joches, zu vermeiden. Dies wird ira wesentlichen dadurch erreicht, daß der Gefäßkörper nach oben in positive Dichtungsanlage gegen den oberen Stopfenverschluß gedrückt wird, wenn sich der letztere von diesem während der elastischen Verformung des Joches wegbewegt.
Bei einer Bauform herkömmlicher Größe kann diese Trimmung 12,5 mm (1/2") betragen.
Im besonderen wird durch die Erfindung ein offenendiges Hochdruckgefäß mit einem oberen und einem unteren Stopfenverschluß geschaffen, von denen der obere Verschluß normalerweise in dichtender Stellung zu dem oberen Gefäßkörper durch eine elastisch verformbare Abstützung gehalten wird, die während eines Hochdruck-Formgebungsvorgangs eine Trimmung zwischen dem oberen Stopfenverschluß und dem oberen Gefäßkörper herbeiführen kann, wobei sich die Erfindung dadurch unterscheidet, daß eine druckmittelbetätigbare Einrichtung· vorgesehen ist, die auf den Gefäßkörper wirkt,, um diesen in einer solchen Richtung zu bewegen, daß der obere Gefäßkörper in abgedichteter Stellung mib dem oberen Stopfenverschluß während der elastischen Verformung der Abstützung gehalten wird.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die druckmittelbetätigbare Einrichtung durch eine ringförmige Querschnittserweiterung des Innendurchmessers des Gefäßkörpers zwischen dessen Enden gebildet. Vorzugsweise ist die radiale Größe der Erweiterung des Innendurchmessers des Gefäßkörpers zumindest gleich dem Quotient des Gewichts des Gefäßkörpers in Kilogramm dividiert durch das Produkt aus einen bestimmten Druck, der geringer ist als der 14indestdruck, der erforderlich ist, damit sich die alte Ein1^ richtung elastisch verformt, und dem mittleren Durchmesser des Gefäßkörpers in Zentimeter multipliziert mit der mathematischen Konstante pi.
Die druc!ar.ittelbetätigbare Einrichtung der erwähnten einen Ausführungsform besitzt eine obere Dichtung oberhalb der ringförmigen Erweiterung und eine untere Dichtung unterhalb der ringförmigen Erweiterung, welche Dichtungen so mit Bezug aufeinander bemessen sind, daß die radiale Querschnittsfläche, welche durch die untere Dichtung begrenzt wird, die radiale Querschnittsfläche, welche durch die obere Dichtung begrenzt wird, zumindest um einen Betrag überschreitet, der gleich dem Quotienten aus dem Gewicht des Gefäßkörpers dividiert durch einen bestimmten Druck ist, der geringer als der Mindestdruck ist, der erforderlich ist, damit die alte Abstützung für den oberen Verschluß sich elastisch verformt. Beispielsweise kann bei einem zylindrischen Druckgefäß mit einem Innendurchmesser von 63,5 cm (25") der Durchmesser der unteren Dichtung den Durchmesser der oberen Dichtung um 4,2672 ram (0,16 8") zur Bildung eines Ringkörpers überschreiten, was multipliziert mit einem niedrigen Druck von beispielsweise 140 kg/qcm (2000 psi) eine Hebekraft darstellt, die gleich dem Gewicht des Gefäßkörpers ist oder etwa 2950 kg (etwa 6500 lbs) beträgt. Bei einem höheren Druck wird der Gefäßkörper fest gegen den oberen Verschluß gedrückt.
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Bei diesem verhältnismäßig niedrigen Druck (eine isostatische Presse arbeitet normalerweise mit Drucken von mehr 700 kg/gcm (10 000 psi)) findet im wesentlichen keine Verformung des abstützenden Joches statt, so daß eine vernachlässigbare Trennung stattfindet, bevor der Druck im Gefäßkörper ausreicht, ihn anzuheben. Es wird daher ein konstantes geometrisches Verhältnis aufrechterhalten, das einer festen Form angepaßt ist oder aus irgendwelchen anderen Gründen, die durch das jeweilige Verfahren bestimmt werden.
W Bei einer zweiten'Ausführungsform der Erfindung weist die druckmittelbetatigbare Einrichtung eine Anzahl Hydrozylinder auf, die an der Außenwand des Gefäßkörpers mit gleichen Abständen befestigt sind und von denen jeder einen Kolben enthält, der eine sich aus dem Zylinder heraus erstreckende Kolbenstange trägt, wobei die überstehenden Enden der Kolbenstangen so begrenzt sind, daß sie mit Bezug auf den unteren Verschluß in der Längsrichtung unbeweglich sind, die kombinierte Querschnittsfläche der Kolben derart ist, daß bei einem bestimmten Druck des Druckmittels innerhalb■der Zylinder, der geringer ist als der Mindestdruck, der innerhalb des abgedichteten Gefäßkörpers notwen- * dig ist, damit sich die Verschlußhalteeinrichtung verformt, die Zylinder eine Hebekraft auf den Gefäßkörper ausüben, die zumindest gleich dem Gewicht des Gefäßkörpers ist.
Weitere Ziele, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen, und zwar zeigen:
Figur 1 eine Ansicht in einen mittigen vertikalen Schnitt eines Hochdruckgefäßes gemäß einer Ausführungsform der fir-. findung;
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_ Ej _
Figur 2 in vergrößertem Maßstab eine Ansicht im Schnitt nach der Linie 2-2 in Figur 1;
Figur 3 eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform der Erfindung.
In Figur 1 ist ein Druckgefäß 10 mit einem offenendigen zylindrischen Gefäßkörpar 2, einem unteren stopfenartigen Verschluß 14 und einem oberen stopfenartigen Verschluß dargestellt. Der Gefäßkörper 12 ruht auf einer Schulter des unteren Verschlusses 14 auf. Der untere Verschluß 14 ruht auf Stützen 20 auf. Der obere Verschluß 16 wird in seiner Lage durch ein Joch 22 gehalten, der das Druckgefäß umgibt.
Der obere Verschluß 16 ist gegen die obere Innenkante des Gefäßkörpers 12 durch eine Ringdichtung 24 abgedichtet. Etwas unterhalb der Oberkante des Gefäßkörpers 12 ist eine ringförmige Innennut 26 vorgesehen. Diese Mut 26 ninmt eine ilase 28 an einer Gummiform 30 auf. Die Gummiform 30 hat die Form eines Sackes bzw. Beutels, und das zu verdichtende Material {nicht gezeigt) befindet sich in dem Sack. Die Form 30 ist durch ein Metallgeflecht 32 abgestützt. Druckmittel (nicht gezeigt) tritt in das Gefäß außerhalb des Sackes durch Rückschlagventile 34 im unteren Verschluß 14 ein. Das Druckmittel wird unter hohem Druck eingepumpt und übt einen isostatischen Druck um den Sack herum aus, wodurch das Material innerhalb desselben verdichtet wird.
Das Druckmittel hat das Bestreben, die Verschlüsse 14 und 16 nach außen zu drücken. Da jedoch der Gefäßkörper auf dem unteren Verschluß 14 aufruht, tritt jede Trennung, die zwischen dem Gefäßkörper und den,Verschlüssen infolge der elastischen Verformung des umgebenden Joches 22 stattfindet, zwischen dem Gefäßkörper 12 und dem oberen Verschluß 16 auf. Die Gummiform 30 wird durch das Druckmittel
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in die ringförmige Ecke gepreßt, die zwischen der Oberkante des Druckgefäßkörpers 12 und dem oberen Verschluß gebildet wird. Durch eine Trennung des oberen Verschlusses vom Gefäßkörper durch elastische Verfornung des Joches würde die Nase 28 in der Nut 26 abgeschert werden. Hierdurch würde die Gummiform zerstört werden, da das Druckmittel dann mit dem zu verdichtenden Material in Verbindung kommen würde.
Bei der Ausführungsform nach Figur 1 und 2 ist dieses Problem dadurch überwunden, daß eine Erweiterung des Innendurchmessers des Gefäßkörpers an seinen Fuß bzw. " an seiner Basis und eine untere Dichtung für den unteren Verschluß, die einen größeren Durchmesser als die obere Dichtung hat, vorgesehen sind. Die Erweiterung ergibt einen ringförmigen Querschnitt am Fuß des Druckgefäßkörpers, auf den das Druckmittel innerhalb des Gefäßes nach oben gerichtet wirken kann, so daß, solange der Druck besteht, der Gefäßkörper ständig in Kontakt mit dem oberen Verschluß gehoben wird.
In Figur 2 ist ein Teil einer unteren Dichtung 36 im Schnitt und der Übersichtlichkeit halber in vergrößertem liaßstab dargestellt. Die Dichtung 36 sitzt in einer ring-) förmigen Ausnehmung 33 von L-förmigem Querschnitt am oberen Umfang des-jenigen Teils des unteren Verschlusses 14, der in die öffnung des Gefäßkörpers 12 eingesetzt ist. Die untere Dichtung 36 wird durch einen Dichtungsring 40 von im wesentlichen rechteckigem Querschnitt gebildet.
Der Dichtungsring 40 weist eine ringförmige Ausnehmung von L-förmigem Querschnitt an seiner oberen und äußeren Ecke auf. Innerhalb dieser Ausnehmung 42 sitzt eine O-Ringdichtung 44, die zwischen dem Dichtungsring 42 und der Innenwand des Gefäßkörpers 12 eingezwängt ist, wenn der untere Verschluß angebracht ist. An der diagonal entgegengesetzten inneren Ecke des Dichtungsringes 40 ist eine
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weitere ringförmige Ausnehmung 46 von L-förmigem Querschnitt vorgesehen, in welcher ein weiterer O-Ring 48 sitzt, der zwischen denn Dichtungsring 40 und der Unterseite der ringförmigen Ausnehmung 38 sowie durch die Seite des einen Schenkels eines L-förmigen Halteringes unter Druck gehalten wird. Wie sich am besten aus Figur ergibt, hat der Gefäßkörper 12 eine Querschnittserweiterung 54 seines Innendurchmessers an einer Stelle unmittelbar oberhalb derjenigen erfahren, an v/elcher der O-Ring 44 sich mit der Gefäßwand in Kontakt befindet. Auf diese Querschnittserweiterung 54 wirkt das Druckmittel, um eine nach oben gerichtete Kraft auszuüben, durch welche der Gefäßkörper 12 in Kontakt mit dem oberen Verschluß 16 gehoben wird. Die Größe dieser Erweiterung ist entsprechend der Bauform des Druckgefäßes und insbesondere seines Gewichtes veränderlich.
Für das jeweilige Druckgefäß werden die obere und die untere Dichtung mit Bezug aufeinander so bemessen, daß die radiale Querschnittsfläche, welche durch die untere Dichtung begrenzt wird, die radiale Querschnittsfläche, die durch die obere Dichtung begrenzt wird, um mindestens einen Betrag überschreitet, der gleich dem Quotienten aus dem Gewicht des Gefäßkörpers dividiert durch einen bestimmten Druck, der niedriger als der wahrscheinliche iiindestdruck ist, der notwendig ist, um das Joch elastisch zu verformen. Für ein typisches Druckgefäß kann dieser bestimmte Druck etwa 140 kg/qcm (2000 psi) betragen.
Die vorangehende Beschreibung kann auf eine mathematische Gleichung zurückgeführt werden, die auf den vertikalen Kräften beruht, welche auf den Gefäßkörper und die Verschlüsse durch die Unterdrucksetzung von innen ausgeübt werden. Die Gleichung ermöglicht eine näherungsweise Bestimmung der radialen Größe der Erweiterung 54 für die Zwecke der baulichen Gestaltung:
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Wobei
P = ein bestimmter Druck, der niedriger als der Mindestdruck ist, der erforderlich ist, um das Joch 22 elastisch zu verformen;
R = der Innenhalbraesser des Gefäßkörpers 12 unterhalb der Querschnittserweiterung 54;
r = der Innenhalbmesser des Gefäßkörpers 12 oberhalb der Querschnittserweiterung 54;
W= das Gewicht des Gefäßkörpers 12; pi = die mathematische Standard-Konstante;
P X (Querschnittsfläche der Erweiterung 50) = W
P X (pi X R2 - pi X r2) = W
P X pi X (R2 - r2) = W
P X pi X. (R + r) X (R - r) = W
f R - r = die radiale Größe der Erweiterung 54
R - r =
P X pi X (R. + r)
Da der Ausdruck (R + r) mehrere Male größer als die Größe des Ausdrucks (R - r) ist, kann der Ausdruck (R + r) für die Zwecke einer anfänglichen Gefäßbauform durch das Glied D approximiert werden, wobei
D = der mittlere Innendurchmesser des Gefäßkörpers, so daß
R- r = W *
R X pi X D
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Werte der obigen veränderlichen Größen im wesentlichen wie folgt:
R = 319,7225 mm (12.5875 inches)
r = 317,5889 mm (12.5035 inches) W - 2950 kg ( 6500 lbs)
(so daß der Unterschied der Durchmesser der oberen und der unteren Dichtung 4,2672 mm (0,168") beträgt).
Bei diesen Werten wird der Gefäßkörper fest im Kontakt mit dem oberen Verschluß angehoben, wenn der Drucküberschuß 140 kg/qcm (2000 psi) beträgt.
Eine weitere Aus führungs form, bei v/elcher ein konstantes Gasverhältnis zwischen dem Gefäßkörper und dem oberen Verschluß aufrechterhalten wird, ist in Figur 3 gezeigt und besitzt einen Gefäßkörper 100 mit einem oberen Verschluß 102, der durch ein Joch 104 gehalten wird. Die Trockenform, die durch einen Sack bzw. Beutel 106 gebildet wird, ist mit einer Nase an der oberen Innenkante des Gefäßkörpers 100 befestigt. Der obere Verschluß 102 ist gegen den Gefäßkörper 100 in der gleichen Weise wie der obere Verschluß 16 der Ausführungsform nach Figur 1 und 2 abgedichtet, jedoch ist der untere Verschluß 103 gegen den Gefäßkörper in herkömmlicher Heise unter Verwendung von O-Ringen ohne Querschnittserweiterung des Gefäßinnendurchmessers abgedichtet.
Der Gefäßkörper 100 wird in Kontakt am oberen Verschluß 102 durch eine Anzahl Hydrozylinder 110 gepreßt.
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die um den Fuß des Gefäßkörpers herum angeordnet und an dessen Außenwand angeschweißt bzw. in anderer Weise befestigt ist. Jeder Zylinder ersetzt eine Kolbenstange 112, die nach unten übersteht und gelenkig an denjenigen Teilen des unteren Verschlusses 108 befestigt ist, die über das untere Ende des Gefäßkörpers übersteht.
Die Zylinder 110 sind als Gruppe durch ein Rohrleitungsnetz 114 verbunden, das seinerseits mit der Druckmittelquelle 116 und einem Leitungssystem 118 in Verbindung steht, das über Druckmittelzufuhr-Rückschlagventile im unteren Verschluß 108 Verbindung mit dem Druckgefäß-Innenraum hat.
Daher wird, wenn Druckmittel von der Druckmittelquelle in das innere der isostatischen Presse über die Rückschlagventile 120 eintritt, Druckmittel vom gleichen Druck auch dem Kolben innerhalb der Zylinder 110 zugeführt. Die kombinierte Querschnittsfläche der Kolben innerhalb der Zylinder 110 ist so berechnet, daß ein bestimmter Druck von beispielsweise 140 kg/qcm (2000 psi), der geringer als der Mindestdruck ist, der erforderlich ist, um das Joch 104 zu verformen, die durch die Zylinder auf den Gefäßkörper 100 ausgeübte aufwärts gerichtete Kraft erzeugt, durch welche der letztere fest gegen den oberen Verschluß 102 gehoben wird. Auf diese Weise wird ein konstantes Maßverhältnis zwischen dem Gefäßkörper und dem oberen Verschluß aufrechterhalten, um die Naseneinspannung der Form 106 gegen eine Abscherung zu schützen.
Die vorangehend verwendeten Bezeichnungen und Ausdrücke sind nur beispielsweise gegeben und nicht beschränkend auszulegen. Im übrigen ist die Erfindung nicht auf die dargestellten und beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann innerhalb ihres Rahmens verschiedene Abänderungen erfahren.
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Claims (7)

Patentansprüche
1.) Offenendiges Hochdruckgefäß mit einem oberen und einem unteren Stopfenverschluß/ von denen der letztere während eines Hochdruck-FormgebungsVorgangs normalerweise in abgedichteter Lage zum oberen Gefäßkörper durch eine elastisch verformbare Abstützung gehalten wird, um eine Trennung zwischen dem oberen Stopfenverschluß und dem oberen Gefäßkörper herbeizuführen, gekennzeichnet durch eine druckmittelbetätigbare Einrichtung (54 bzw. 110, 112), die auf den Gefäßkörper (12, 100) wirkt, um diesen in einer solchen Richtung zu bewegen, daß der obere Gefäßkörper während einer elastischen Verformung der Abstützung (22, 104) in dichtender Stellung am oberen Stopfenverschluß (16, 102) gehalten wird.
2. Gefäß nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Einrichtung durch die gleiche Druckmittelquelle betätigt wird, die für den Hochdruck-Formgebungs-Vorgang verwendet wird.
3. Gefäß nach Anspruch 1 oder 2 von zylindrischer Form, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelbetätigbare Einrichtung durch eine ringförmige Querschnittserweiterung (54) des Innendurchmessers des Gefäßkörpers (12) zwischen seinen Enden gebildet wird.
4. Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Größe der Erweiterung (54) des Innendurchmessers des Gefäßkörpers (12) zumindest gleich ist dem Quotienten des Gewichts des Gefäßkörpers in Kilogramm dividiert durch das Produkt, das einem bestimmten Druck, der niedriger als der Mindestdruck ist, der notwendig ist, um die Abstützung (22) elastisch zu verformen und den mittleren Durchmesser des Gefäßkörpers in Zentimeter multipliziert mit der mathematischen Konstante pi.
5. Gefäß nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die druckmittelbetätigbare Einrichtung eine obere Dichtung (24) oberhalb der ringförmigen Erweiterung (54) zur Abdichtung des oberen StopfenverSchlusses mit dem oberen Gefäßkörper und eine untere Dichtung (36, 44) unterhalb der ringförmigen Erweiterung zur Abdichtung des unteren StopfenverSchlusses (14) mit dem unteren Gefäßkörper aufweist, wobei die obere und die untere Dichtung so mit Bezug aufeinander bemessen sind, daß die radiale Querschnittsfläche, welche durch die untere Dichtung begrenzt wird, die radiale Querschnittsfläche, die durch die obere Dichtung begrenzt.wird, um mindestens einen Betrag überschreitet, der gleich dem Quotienten aus dem Gewicht des Gefäßkörpers dividiert durch einen bestimmten Druck ist, der niedriger als der Mindestdruck ist, der notwendig ist, um die Abstützung für den oberen Verschluß elastisch zu verformen.
6. Gefäß nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der erwähnte bestimmte Druck etwa 140 kg/gcm (2000 psi) beträgt.
7. Gefäß nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erwähnte Einrichtung eine Anzahl Hydrozylinder (110) aufweist, die an der Außenwand des Gefäßkörpers mit gleichen Abständen befestigt sind, wobei jeder der Zylinder einen Kolben enthält und sich eine Kolbenstange (112) aus den Zylindern heraus erstreckt, die überstehenden Enden der Kolbenstangen so begrenzt werden, daß sie mit Bezug auf den unteren Verschluß (108) in der Längsrichtung unbeweglich sind, wobei die kombinierte Querschnittsfläche der Kolben derart ist, daß bei einem bestimmten Druck innerhalb der Zylinder, der niedriger als der Mindestdruck ist, der innerhalb des abgedichteten Gefäßkörpers notwendig ist, um die Verschlußabstützung zu verformen, die Zylinder eine Hebekraft auf den Gefäßkörper ausüben, die zumindest gleich dem Gewicht des Gefäßkörpers ist.
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DE2134737B2 DE2134737B2 (de) 1975-07-10
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE102010024501A1 (de) * 2010-06-21 2011-12-22 Areva Np Gmbh Dichtelementebefestigungssystem für einen Druckbehälter, insbesondere einen Reaktordruckbehälter

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DE102010024501A1 (de) * 2010-06-21 2011-12-22 Areva Np Gmbh Dichtelementebefestigungssystem für einen Druckbehälter, insbesondere einen Reaktordruckbehälter
DE102010024501B4 (de) * 2010-06-21 2013-01-10 Areva Np Gmbh Dichtelementebefestigungssystem für einen Druckbehälter, insbesondere einen Reaktordruckbehälter
US8608010B2 (en) 2010-06-21 2013-12-17 Areva Gmbh Sealing element fastening system for a pressure vessel, in particular a reactor pressure vessel

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DE2134737B2 (de) 1975-07-10
FR2098087A5 (de) 1972-03-03
GB1356028A (en) 1974-06-12
BE769097A (fr) 1971-12-27
SE376866B (de) 1975-06-16
US3650657A (en) 1972-03-21
JPS5221203B1 (de) 1977-06-09

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