DE2151622A1

DE2151622A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von presskoerpern z. b. herstellung von kugelbrennelementen fuer hochtemperaturreaktoren

Info

Publication number: DE2151622A1
Application number: DE19712151622
Authority: DE
Inventors: Hans-Georg Waschulewski; Horst Ziegler
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1971-10-16
Filing date: 1971-10-16
Publication date: 1973-04-19

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Preßkörperr Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Preßkörpern aus einem schüttfähigen Material, bei dem das Material in ein Unterteil einer Preßform eingefüllt oder in vorgeformter Gestalt eingegeben wird, nachfolgend ein Oberteil auf die Preßform aufgesetzt wird, das anschließend unter dem gewünschten Preßdruck auf das Unterteil gedrückt wird und nach dem Preßvorgang das Oberteil nach Entlastung vom Preßdruck entfernt und der Preßkörper aus dem Unterteil entnommen wird.
Stand der Technik Bei der zur Zeit üblichen Verfahrensweise zur Herstellung von Preßkörpern verwendet man ausschließlich Maschinenpressen von erheblichen Abmessungen, bestehend aus Maschinenständer, Formtisch und Stempel. Bei der Herstellung von beispielsweise Brennstoffkörpern für Kugelhaufenreaktoren werden die Brennstoffkerne, bestehend aus ca. 1,5 mm im Durchmesser messenden Uranoxydkügelchen, nachdem sie unter Zuhilfenahme oben beschriebener Maschinenpressen zu ca. 40 mm im Durchmesser messenden Kugeln vorbereitet wurden, mit einet Graphitmantel aus einer Graphit-Pech-Mischung umformt, wobei das Pech die Aufgabe hat, während und nach dem nun folgenden Preßvorgang den Zusammenhalt dieses Mantels um den Kern zu gewährleisten. In einem weiteren zweiten Preßvorgang wird nachfolgend um das so entstandene quasi kugelige Element ein weiterer und damit zweiter Mantel aus gleicher Mischung gelegt.
Dieser zweite Mantel wird nun wiederum unter Zuhilfenahme oben beschriebener Maschinenpressen verpreßt. Mit diesem zweiten Mantel muß das Brennstoffelement eine gut kugelige Gestalt von 50 mm Durchmesser annehmen und die nötige Festigkeit von ca.
25 Ckpm2 aufweisen. Hierzu wird das Element nach dem zweiten 0 Preßvorgang bei ca. 800°C in einem Ofen gesintert. Danach unterzieht man das Element einer Hochtemperaturbehandlung bei ca. 1800°C, um die im Mantel enthaltenen und nicht gewünschten -Pechbestandteile auszudampfen.
Auch auf allen anderen Gebieten der Technik, in denen Material in Form von Preßkörpern bestimmter Gestalt eingesetzt und umgesetzt werden, finden solche Pressen Anwendung.
Die Nachteile der beschriebenen Verfahrensweise liegen in der nötigen Unterteilung des Preßarbeitsganges sowie in der aufwendigen Vorbereitung und Vorformung der Preßkörper. Weiterhin besteht ein Nachteil darin, daß die Preßkraft nur punktförmig über ein Formteil auf den Preßkörper übertragen werden kann; das begrenzt in jedem Fall die Dimension und damit die pro Arbeitsgang gefertigten Stückzahlen sowie die Homogenität des Preßkörpers.
Aufgabe der Erfindung besteht darin, Preßformkörper der genannten Art so zu erzeugen, daß die Körper hinsichtlich ihrer Dichte homogener und isotroper zusammengesetzt sind, als dies nach dem bisherigen Verfahren mit bekannten Vorrichtungen erzielbar war.
Dabei bestand eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, die eine isotrope Verpressung des Materials in der Preßform ermöglicht.
Erfindungsgemäß werden diese Aufgaben dadurch gelöst, daß das Material in die aus Oberteil (6) und Unterteil (5) zusanmengesetzte Preßform mit einer Auskleidung (2,2') aus elastisch verformbarem Material unter Einwirkung von Rüttelschwingungen eingebracht wird, daß die Preßform anschließend mit einem Verschlußzylinder (4) durckdicht verschlossen wird, und daß die Verpressung durch äußere, allseitige Einwirkung eines Druckmittels auf die Formauskleidung erfolgt.
Diese Verpressung kann auch unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung erfolgen.
Die Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, daß das Oberteil (6) und das Unterteil (5) der Preßform lösbar mit einem oberen und einem unteren Preßformträger (7 bzw. 8) verbunden sind, daß das Unterteil (5) eine Ausnehmung in Gestalt eines Teils der Preßform aufweist, sowie eine ihrer Wandung anliegende Auskleidung (2,2') aus elastisch verformbarem Material und eine in die Ausnehmung mündende Druckmittelzuführung (11), daß das Oberteil (6) eine Ausnehmung in Gestalt des entsprechenden anderen Teils der Preßform mit einer Einfüllöffnung (lo) aufweist, sowie eine ihrer Wandung und einem Teil der Wandung der Einfüllöffnung anliegende Auskleidung (2') aus elastisch verformbarem Material und eine in die Ausnehmung mündende Druckmittelzuführung (11'), daß ein mit einem zur Einfüllöffnung (lo) komplementär ausgebildeten Verschlußteil versehener Verschlußzylinder (4) zum druckdichten Verschluß der Preßform vorgesehen ist und daß mindestens einer der Preßformträger mit einem oder mehreren Rüttelschwingern (9) versehen ist.
Zweckmäßigerweise sind das Oberteil (6) und das Unterteil (5) der Preßform jeweils zu beiden Seiten der Ausnehmung mit Schultern (12,12') versehen. An diesen Schultern sind auf den jeweils der Ausnehmung abgewandten Seiten Anlageflächen (15,15') vorgesehen, die au den an den Preßformträgern (7,8) vorhandenen Begrenzungsanschlägen (14,14') aufliegen. Weiterhin ist die Auskleidung (2,2') für die Ausnehmungen des Oberteils (6) und des Unterteils (5) mit die Schultern (12,12') übergreifenden Seitenflanschen (15,15') versehen. Für Oberteil (6) und Unterteil (5) ist eine gemeinsame Druckmittelzuführung ()) vorgesehen.
Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird der als druckmittelbeaufschlagter Stempel ausgebildete Verschlußzylinder (4) mit einer der Preßkraft die Waage haltenden Kraft beaufschlagt. Für den Verschlußzylinder (4) und die Preßform (5,6) ist eine gemeinsame Druckmittelquelle vorgesehen.
Vorteilhafterweise sind bei der Vorrichtung nach der Erfindung die Preßformträger (7,8) lösbar miteinander verbunden. Der Preßformträger (7) kann mittels einer Hebevorrichtung entlang einer Führungseinrichtung von dem unteren Preßformträger (8) abgehoben werden. Weiterhin kann der obere Preßformträger (7) gegen den unteren Preßformträger (8) verschwenkbar und der untere Preßformträger (8) um eine Längsachse kippbar angebracht werden.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung gestattet es, daß die Preßform träger (7,8) zur Aufnahme einer Vielzahl gleichzeitig betätigbarer Preßformen (5,6) eingerichtet sind.
Der Vorteil der hier beschriebenen Vorrichtung liegt darin, daß geringere Dichteschwankungen durch gleichmäßigere Ausgangsdichte (Rüttelschwingungen) und isotroper Verdichtungsdruck (allseitige Druckbeaufschlagung) zu homogeneren Preßkörpern und insbesondere bei Brennstoffelementen zu homogenerem Funktionsverhalten führen.
Weiterhin werden Vorbehandlung des schüttfähigen Materials mit adhäsiven Mitteln und anschließender Verformung erspart sowie die Unterteilung der Fertigung in mehrere Preßvorgänge (speziell bei Brennstoffelementen für KugelhauSenreaktoren). Dadurch, daß die Vorrichtung es gestattet, eine Vielzahl von Preßkörpern durch gleichzeitig betätigbare Preßformen mit weniger Arbeitsgängen als bisher herzustellen, ergeben sich durch diesen Automatisierungsgrad Kostenreduzierungen für den Preßkörper sowie für die Einrichtungsinvestition.
In der Abbildung ist ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt und wird im folgenden an Hand der Bezugszeichen im einzelnen beschrieben: 1 ist ein Füllraum für das zu verpressende schüttfähige Material.
2 und 2' sind die Auskleidungsteile des Füllraums.
3 ist die gemeinsame Druckmittelzuführung.
4 ist ein druckbeaufschlagter Ver schluß zylinder, der in der oberen Preßform 6 geführt ist.
5 ist die untere Preßform, die wie die obere Preßform 6 in die Preßformträger 7 bzw. 8 eingeschraubt sind.
9 stellt einen Rüttler dar, der oder die an einem der beiden Preßformträger 7 oder 8 angebracht ist oder sind.
lo ist die Einfüllöffnung für das zu verpressende Material.
11,11' sind die Druckmittelzuführungen für jeweils eine Preßform 5,6 12,12' sind Schultern, die jeweils zu beiden Seiten der Ausnehmung der Preßformen 5 und 6 angedreht sind.
13,13' sind Anlageflächen an den jeweils der Ausnehmung abgewandten Seiten der Schultern.
14,14' sind Begrenzungsanschläge, auf denen die Anlageflächen 1),13' aufliegen.
15,15' sind Seitenflansche der Auskleidungen 2,2'. Sie umschliessen die Schultern 12,12'.
Die Vorrichtung wird folgendermaßen betätigt: Durch die Einfüllöffnung lo wird bei abgehobenem Verschlußzylinder (4) das schüttfähige, zu verpressende Material in den Füllraum 1 unter gleichzeitiger Einschaltung des Rüttlers 9 eingebracht. Nach Einbringung der festgelegten Menge wird die Einfüllöffnung lo durch den Verschluß zylinder 4 verschlossen.
Sobald der Anschlag 16 erreicht ist, schaltet der Rüttler 9 ab.
Nachfolgend wird über die gemeinsame Druckmittelzuführung 3, 11,11' das Druckmittel unter Druck gesetzt und die Auskleidung 2,2' folgt elastisch dem sich komprimierenden Material unter Beibehaltung der Form.
Nach dem Preßvorgang folgt Entlastung des Druckmittels und damit gleichzeitig des Verschlußzylinders 4. Der Verschlußzylinder 4 wird nunmehr gleichzeitig mit dem oberen Preßformträger 7, der oberen Preßform 6 und der Auskleidung 2' vom unteren Preßformträger 8, der unteren Preßform 5 und der unteren Auskleidung 2 mittels einer Hebevorrichtung abgehoben, sodann wird der untere Preßformträger 7 zur Entleerung der in der unteren Preßform 5 liegenden verdichteten Preßkörper um eine Längsachse gekippt.
Nachfolgend wird der obere Preßformträger 7, die Preßform 6 und die Auskleidung 2' wieder auf den unteren Preßformträger 8, der Preßform 5 und der Auskleidung 2 für den nächsten Arbeitsgang aufgesetzt.

Claims

Patentansprüche

U Verfahren zur Herstellung von Preßkörpern aus einem schüttfähigen Material, bei dem das Material in ein Unterteil einer Preßform eingefüllt oder in vorgeformter Gestalt eingegeben wird, nachfolgend ein Oberteil auf die Preßform aufgesetzt wird, das anschließend unter dem gewünschten Preßdruck auf das Unterteil gedrückt wird und nach dem Preßvorgang das Oberteil nach Entlastung vom Preßdruck entfernt und der Preßkörper aus dem Unterteil entnommen wird dadurch gekennzeichnet, daß das Material in die aus Oberteil (6) und Unterteil (5) zusammengesetzte Preßform mit einer Auskleidung (2) aus elastisch verformbarem Material unter Einwirkung von Rüttelschwingungen eingebracht wird, daß die Preßform anschließend mit einem Verschlußzylinder (4) druckdicht verschlossen wird, und daß die Verpressung durch äußere all seite Einwirkung eines Druckmittels auf die Formauskleidung erfolgt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verpressung unter gleichzeitiger Wärmeeinwirkung erfolgt.
). Vorrichtung zur Ausübung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2 dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (6) und das Unterteil (5) der Preßform lösbar mit einem oberen und einem unteren Preßformträger (7 bzw. 8) verbunden sind, daß das Unterteil (5) eine Ausnehmung in Gestalt eines Teils der Preßform aufweist, sowie eine ihrer Wandung anliegende Auskleidung (2,2') aus elastisch verformbarem Material und eine in die Ausnehmung mündende Druckmittelzuführung (in), daß das Oberteil (6) eine Ausnehmung in Gestalt des entsprechenden anderen Teils der Preßform mit einer Einfüllöffnung (lo) aufweist, sowie eineihrer Wandung und einen Teil der Wandung der Einfüllöffnung anliegende Auskleidung (2') aus elastisch verformbarem Material und eine in die Ausnehmung mündende Druckmittelzuführung (11'), daß ein mit einem zur Einfüllöffnung (lo) komplementär ausgebildeten Verschlußteil versehender Verschlußzylinder (4) zum druckdichten Verschluß der Preßform vorgesehen ist, und daß mindestens einer der Preßformträger mit einem oder mehreren Rüttelschwingern (9) versehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch ) dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (6) und das Unterteil (5) der Preßform jeweils zu beiden Seiten der Ausnehmung mit Schultern (12,12') versehen sind, daß an den-jeweils der Ausnehmung abgewandten Seiten der Schultern Anlageflächen (13J13') vorgesehen sind, und daß die Preßformträger (7,8) Begrenzungsanschläge (14,14') aufweisen.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4 dadurch gekennzeichnet, daß die Auskleidung (2,2') für die Ausnehmungen des Oberteils (6) und des Unterteils (5) mit die Schultern (12,12') übergreifenden Seitenflanschen (15,15') versehen ist.
6. Vorrichtung nach Ansprüchen )-5 dadurch gekennzeichnet, daß eine gemeinsame Druckmittelzuführung ()) für das Oberteil (6) und das Unterteil (5) der Preßform vorgesehen ist.
7. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußzylinder (4) mit einem dem Preßdruck die Waage haltenden Druck beaufschlagt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7 dadurch gekennzeichnet, daß der Verschlußzylinder (4) als ein druckmittelbeaufschlagter Stempel ausgebildet ist.
9. Vorrichtung nach Ansprüchen 7 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß bei Anliegen des Verschlußzylinders (4) an Anlagefläche (16) der Rüttler elektromagnetisch abgeschaltet wird.
lo. Vorrichtung nach Ansprüchen 3, 6 und 8 dadurch gekennzeichnet, daß für den Verschlußzylinder (4) und die Preßform (5,6) eine gemeinsame Druckmittelquelle vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach den vorhergehenden Ansprüchen dadurch gekennzeichnet, daß die Preßformträger (7,8) und die Preßformteile (5,6) durch entsprechend ausgebildete Schraubgewinde miteinander verbunden sind.
12. Vorrichtung nach Ansprüchen 5-lo dadurch gekennzeichnet, daß die Preßformträger (7,8) lösbar miteinander verbunden sind.
13. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, daß der obere Preßformträger (7) mittels einer Hebevorrichtung entlang einer Führungseinrichtung von dem unteren Preßform träger (8) abhebbar ist.
14. Vortiahtungnach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnetj daß der obere Preßformträger (7) gegen den unteren re13formträger (8) verschwenkbar ist.
15. Vorrichtung nach Ansprüchen 11-13 dadurch gekennzeichnet, daß der untere Preßformträger (8) um eine Längsachse kippbar ist,
16. Vorrichtung nach Ansprüchen )-lo dadurch gekennzeichnet, daß die Preßformträger (7,8) zur Aufnahme einer Vielzahl gleichzeitig betätigbarer Preßformen (5>6) eingerichtet sind.

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