DE2422344C3 - Isostatische Presse zum Verdichten erhitzter Pulver - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine isostatrsche Presse zum Verdichten eines in einem flexiblen Sack als Hülle befindlichen Pulvers oder eines ^ selbsttragenden Pulverkörpers ohne Hülle, welches bzw. welcher außerhalb der Presse auf eine hohe jedoch noch unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erwärmt worden ist und in einen verschließbaren, gegebenenfalls zylindrischen Druckbehälter durch ein fließfähiges Druckmittel unter hohen Druck gesetzt wird.

Die Verwendung eines Inertgases, wie Stickstoff, Helium oder Argon, als Druckmedium zum isostatischen Zusammenpressen einer Pulverfüllung innerhalb <>5 eines isostatischen Druckbehälters ist bekannt.

Es wurde ebenfalls schon eine Flüssigkeit als Druckmedium verwendet. Beispielsweise wurden in einer flexiblen Form enthaltene Pulverteilchen direk dem Druck ausgesetzt, der Jurch ein flüssige Druckmedium für ein kaites isostatisches Pressen dei Pulverteilchen in der Form erzeugt wurde.

Die beim isostatischen Pressen von Pulver auftreten den Probleme, mit denen die Erfindung befaßt ist, sine völlig verschieden von den Problemen beim kulter Pressen. Da beispielsweise die Pulver in einei Gummiform nicht vorgewärmt und deshalb »kalt« sind so kann das flüssige Druckmedium unmittelbar ir direkten Kontakt mit dem Formbehälter gebrach werden. Auf der anderen Seite ist ein direkter Kontaki eines flüssigen Druckmediums mit einer heißer Pulverfüllung beim warmen isostatischen Presser unerwünscht, da die Temperatur der Füllung auf eir Niveau verringert würde, bei dem eine Verdichtung aul den theoretischen Verdichlungswert nicht mehr erzieh werden kann, wenn die erwärmte Pulverfüllung aul unpassende Weise dem flüssigen Druckmedium ausgesetzt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, trotzdem auch bei einer isostatischen Presse für erhitztes Pulver mit einer Flüssigkeil, deren Verdampfungstemperatur um ein Vielfaches geringer ist als die Temperatur des zu verdichtenden Pulvers, beispielsweise Wasser, als Druckmittel zu arbeiten.

Erreicht wird das im wesentlichen durch die kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche 1 oder 2 d. h. daß zum Verdichten des Körpers ein flüssiges Druckmedium schnell in den Druckbehälter eingepumpt wird, um diesen aufzufüllen, während eine Berührung des Mediums mit dem erwärmten Körper so lange vermieden wird, bis der Druckbehälter im wesentlichen mit dem flüssigen Medium angefüllt ist, und wobei anschließend der Druck im Behälter schnell auf einen vorgewählten Endwert anwächst, der größer ist als der kritische Druck des flüssigen Mediums. Die Teile der Flüssigkeit, die durch Berührung mit dem erhitzten Pulver verdampfen konnten, werden durch den raschen Druckanstieg wieder in Flüssigkeit zurückverwandelt.

Flüssigkeit, z. B. Wasser, kann auf überraschende Weise als Druckmedium benützt werden, ungeachtet dessen, daß die Pulverfüllung auf eine Temperatur deutlich über dem Siedepunkt des Wassers vorgewärmt wird, beispielsweise auf eine Temperatur von 1200⁰C. Dies wurde durch Begrenzen des Betrags der Flüssigkeit, die mit dem erwärmten Werkstück in Berührung kommt, möglich, während die Anlage unter niedrigem Druck steht, und durch ein Verringern des Wärmeverlustes infolge des Phasenwechsels, der auftritt, wenn die Flüssigkeit beim Berühren der auf hohe Temperatur erwärmten Pulver in Dampf umgewandelt wird, indem die erfinderischen Merkmale angewendet werden und die Anlage schnell unter Druck gesetzt wird, um den Druck über den kritischen Druck anzuheben. ■*=

Die Verwendung eines flüssigen Druckmediums ergibt einige Vorteile über bekannte isostatische Wärmepreßtechniken. Beispielsweise können äußerst kurze Zykluszeiten erzielt werden, die eine beträchtliche Betriebskosteneinsparung mit sich bringen. Bei Benützung der Erfindung können Zykluszeiten (von der Einführung der erwärmten Pulverfüllung in den Druckbehälter bis zu ihrer Entfernung in völlig verdichtetem Zustand) in der Größenordnung von 1 bis 2 Minuten verwirklicht werden, verglichen mit Stunden, die beim konventionellen Gaspressen erforderlich sind. Dadurch werden die Verarbeitungskosten von teueren

Pulverleilen, wie die aus »exotischen« Metallen, Superlegierung und Werkzeugstählen erheblich billiger jnd ermöglicht deren allgemeinere Verwendung. Darüber hinaus rechtfertigen diese kurzen Zykluszeiten und die verringerten Kosten die Verwendung von isostatischen Warmpreßtechniken bei billigeren Pulver-Materialien.

Die Verwendung eines flussigen anstelle eines gasförmigen Druckmediums ergibt eine erhebliche Einsparung an Anlagekosten. Während die Gesamtenergie für die Anhebung des Drucks einer Flüssigkeit auf einen bestimmten Wert innerhalb eines Druckbehälters ungefähr demjenigen gleich ist, der für die Anhebung des Drucks eines Gases auf denselben Wert nötig ist, sind die Kosten eines Gaskompressors zur Durchführung der Aufgabe erheblich höher als die Kosten einer Flüssigkeitspumpe. Dies ergibt sich infolge der Volumenunterschiede des Druckmittels, welches die entsprechenden Einrichtungen verarbeiten muß. Bei gleicher Masse und ausgehend von atmosphärischen Bedingungen ist das Volumenverhältnis eines Gases, wie Argon, zu einer Flüssigkeit, wie Wasser, bei dem erforderlichen Enddruck annähernd 500 :1. Falls daher die gleiche Masse jedes der beiden Medien in der gleichen Zeitdauer auf den gleichen Wert gedrückt werden soll, so ist ein Gaskompressor notwendig, der 500mal so groß ist, als eine Flüssigkeitspumpe. Der Bcdienungs- und Wartungsaufwand für eine solche Einrichtung liegt auf der Hand, und der für die Unterbringung eines massiven Gaskompressors notwendige Raum ist beträchtlich. Wegen der Kompressibilitätscigenschaften des verwendeten Druckmittels machen Gaskompressoren, wie oben aufgezeigt, mehrere Druckstufen notwendig, um eine vernünftige Leistungsfähigkeit zu erzielen. Dadurch wird ein Gaskompressor komplexer als eine Flüssigkeitspumpe und wegen der mehreren Arbeitsvorgänge weniger zuverlässig. Zusammengefaßt hat die Verwendung einer einfachen Flüssigkeitspumpe anstelle eines komplexen Gaskompressors wegen der erheblich verringerten Investitionskosten und der größeren Zuverlässigkeit bei der erfolgreichen Durchführung der Produktionsabläufe eine große Tragweite.

Ein anderer Vorteil der Verwendung einer Flüssigkeit, wie Wasser, anstelle eines Inertgases, wie Argon, als Druckmedium in einer isostatischen Druckanlage besteht in dem deutlichen Anwachsen des Sicherheitsfaktors. Ein stark zusammengepreßtes gasförmiges Medium überträgt im Falle einer Beschädigung der Anlage mehr Energie (d. h. hohe Geschwindigkeit) auf die zerbrochenen Anlageteile, als eine unter Druck stehende Flüssigkeit, die nicht merkbar expandiert, wodurch das Risiko einer ernsthaften Verletzung von Menschen oder einer Zerstörung von Eigentum

anwächst. . .

Als weiterer Vorteil der Verwendung eines flussigen anstelle eines gasförmigen Druckmediums kann die Prozeß-Steuerung leichter und mit einer einfacheren und billigeren Einrichtung durchgeführt werden. Bei Verwendung eines flüssigen Druckmediums wird die tür die Verdichtung erforderliche Kombination Druck/ Temperatur durch Begrenzen des Maximaldrucks, infolge der Verwendung einer bekannten automatischen Druckablaßvorrichtung hergestellt. Die Pumpgeschwindigkeit der Flüssigkeit kann zeitmäßig eingestellt werden, damit sie zur Geschwindigkeit der Temperaturabnahme des Werkstückes paßt, so daß in dem Augenblick, in welchem das Werkstück die optimale Verdichtungstenipeiatur hut, der maximale Druck herrscht.

Ein weiterer Vorteil der Verwendung eines flüssigen anstelle eines gasförmigen Druckmediums, ist die Einsparung bei den Kosten für das Medium. Wenn das Druckmedium Wasser ist, sind die Kosten praktisch Null, wogegen die Kosten bei der Verwendung eines Inertgases, wie Argon, Stickstoff oder Helium, beträchtlich sein können.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt. Es zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt eines Hochdruckbehälters und eines bei der Anwendung der Erfindung benützten Schutzbehälters in schematischer Darstellung,

Fig. 2 ein Temperatur-Zeit-Diagramm, das in schematischer Form die beim Betrieb der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung auftretenden Zeiten und annähernden Oberflächentemperaturen des Werkstückes während des Verarbeitungszyklu.» zeigt,

Fig. J schema lisch einen Vertikalschnitt einer abgeänderten Einrichtung zum Einlassen der Flüssigkeit bei einem erfindungsgemäßen Druckbehälter,

Fig.4 einen Schnitt längs der Linie VIlI-VIII in F i g. 3 und

Fig. 5 schematisch einen Vertikalschnitt durch eine weitere Ausführungsform eines Druckbehälters, der bei der Anwendung der Erfindung benützt wird.

F i g. 1 zeigt einen Hochdruckbehälter 10 mit einem isolierten zylindrischen Hohlkörper 12, der oben offen ist, um einen Schraubschnellverschluß aufzunehmen, der durch einen Hebel 15 gedreht werden kann. Der Druckbehälter kann von einer isostatischen Standardkaltpresse stammen mit unterbrochenem Verschlußgewinde 16. Obwohl ein Druckbehälter mit einer oberen öffnung gezeigt ist, kann durch Fachleute natürlich auch ein Druckbehälter mit einer unteren öffnung benützt werden.

Der Druckbehälter ist am Einlaß 20 mit einer Pumpanlage verbunden, die eine sehr große Menge Flüssigkeit pro Zeit, wie Wasser, in den Druckbehälter zu pumpen vermag, und damit den Druck der Flüssigkeit im Druckbehälter rasch auf den gewünschten Verdichtungswert anzuheben vermag. Für Fachleute ist es klar, daß die Pumpanlage eine Stufe mit großem Volumen und niedrigem Druck (beispielsweise weniger als 100 Atmosphären) enthalten kann, um den Druckbehälter sehr rasch anzufüllen, und eine Hochdruckstufe mit der notwendigen Volumenkapazität, um die Flüssigkeit im Druckbehälter auf den gewünschten hohen Verdichtungswert innerhalb kurzer Zeit zusammenzupressen.

Der Einlaß 20 ist im oder nahe dem Boden 21 de< Druckbehälters 12 angeordnet und mit einem Schnellablaßventil 26 verbunden.

Obwohl nur eine Einlaß-Auslaß-Durchtrittsöffnuns 20 gezeigt ist, könnte die Pumpe natürlich auch übe: eine Durchtrittsöffnung mit dem Inneren des Druck behälters verbunden werden, und das Ablaßventi könnte über eine getrennte Durchtrittsöffnung verbun den werden.

Das Innere des Druckbehälters 12 ist weiterhin übe eine Durchtrittsöffnung 34 nahe dem oberen Ende de Druckbehälter mit einer Druckablaßeinrichtung 3 verbunden. Die Druckablaßeinrichtung 36 kann ein zerbrechliche Scheibenanordnung von bekannter Bat weise oder alternativ ein schneilösendes Ventil ode ähnliches sein. Bei der bevorzugten Ausführungsion wird eine zerbrechliche oder sogenannte »Bruchsche benanordnung« mit einem vorgewählten Brechdruc

verwendet. Bei dieser Art von Anordnung wird die Bruchscheibe brechen, wenn der Druck innerhalb des Druckbehälters einen vorgewählten Druck erreicht, beispielsweise 2000 kg/cm². Natürlich können auch höhere oder niedrigere Drucke gewählt werden. Die Durchtrittsöffnung 34 und die Druckablaßeinrichtung sollten eine Größe (d. h. Durchmesser) aufweisen, die für den raschen Abfluß des innerhalb des Druckbehällers gebildeten Dampfes ausreicht, wie später näher im Detail beschrieben wird.

Im Druckbehälter ist ein innerer oder Schutzbehälter 38 von zylindrischer Form angeordnet, der aus relativ dünnem Metall gebildet ist. Der Schutzbehälter 38 ist am oberen Ende 40 offen, weist einen wasserdichten Boden 42 auf und ist in einem Abstand vom Boden 21 des Druckbehälters 12 durch Stützen 44 angeordnet. Die zylindrische Seitenwand des Schutzbehälters 38 ist radial von der Innenwand des Druckbehälters 12 in einem Abstand angeordnet.

Innerhalb des inneren oder Schutzbehälters 38 und auf dem wasserdichten Boden 42 aufliegend, ist ein Werkstück 46 gezeigt. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Werkstück zylindrisch und enthält Pulverteilchen 48 in einem Behälter 50, der über ein abgedichtetes Vakuumrohr 51 evakuiert wurde. Alternativ kann das Werkstück ohne Behälter sein, d. h. es kann ein selbsttragender, zu einem Teil verdichteter und gesinterter Körper aus Pulverteilchen ohne umgebende oder schützende Hülle sein. Es muß nicht zylindrisch sein, sondern kann jede, in den Behälter 38 passende Form aufweisen, wie unten beschrieben. Wenn ein Behälter benützt wird, sollte er aus einem Material bestehen, das der hohen Temperatur standhält, damit beim gewählten Druck ein Preßling mit hoher Dichte erreicht werden kann, d. h. das Material des Behälters 50 sollte nicht geschmolzen werden, sondern ausreichend plastisch bleiben, um die gewünschte Verdichtung der Teilchen im Schutzbehälter 38 zu ermöglichen. Zusätzlich sollte das Material des Behälters 50 chemisch mit den pulverförmigen Teilchen verträglich sein, um ein Zusammenkleben der Pulverteilchen oder die Bildung von eutektischen Verbindungen mit unerwünscht niedrigen Schmelzpunkten zu vermeiden.

Der innere oder Schutzbehälter 38 und das Werkstück 46 sollten so dimensioniert werden, daß eine relativ enge Passung entsteht. Es sollte jedoch genügend freier Raum zwischen den Wänden des Behälters 38 und dem Werkstück sein, damit das Werkstück leicht und schnell in den Schutzbehälter 38 eingeführt werden kann. Wie in der Zeichnung gezeigt, erstreckt sich die zylindrische Wand des Schutzbehälters 38 über das obere Ende des Werkstückes hinaus und ist an der Wand des Druckbehälters und vom Boden des Druckbehälters durch Stützfüße 44 in einem derartigen Abstand angeordnet, daß eine zu hohe Wärmeübertragung vom Werkstück auf den Druckbehälter vermieden wird. Für die meisten Fälle ist ein Abstand von 10 bis 25 mm ausreichend.

Der Schutzbehälter 38 ist also sowohl von der Innenwand des Druckgefäßes 12 als auch von der äußeren Oberfläche des Werkstückes in einem Abstand angeordnet, wobei ein erster ringförmiger Zwischenraum 52 im Druckbehälter zwischen Druckbehälter und Schutzbehälter, und ein zweiter Zwischenraum 54 im Druckbehälter zwischen Schutzbehälter und Werkstück entsteht. Wenn das Werkstück zylindrisch ist, wie in Fig. 1 gezeigt, ist der zweite Zwischenraum natürlich ebenfalls ringförmig.

Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das Volumen des ringförmigen Zwischenraumes 52 zwischen der zylindrischen Wand des Druckbehälters 12 und dem Schutzbehälter 38 annähernd zehnmal so groß wie das Volumen des ringförmigen Zwischenraumes 54 zwischen Werkstück 46 und Schutzbehälter 38.

Der Schutzbehälter 38 ist innerhalb des Druckbehälters 12 und im Verhältnis zum Werkstück derart angeordnet, daß durch die Eintrittsöffnung 20 in den ίο Druckbehälter eintretende Flüssigkeit im wesentlichen den gesamten ringförmigen Zwischenraum 52 zwischen Schutzbehälter und Druckbehälterwand füllt, bevor die Flüssigkeit über das offene obere Ende 40 des Schutzbehälters 38 überquillt und damit in Berührung iS mit dem Werkstück 46 kommt.

Beim Verdichten entweder von Pulverteilchen auf Eisenbasis oder auf Nickelbasis wurde festgestellt, daß eine Erhitzung des Werkstückes auf ungefähr 1200⁰C zufriedenstellend ist.

»o Das erwärmte Werkstück wird vom Ofen erwärmt und im inneren oder Schutzbehälter 38 des isostatischen Druckbehälters 12 angeordnet.

Der Druckbehälter wird dann geschlossen, blockiert

und abgedichtet. Dann wird die Pumpe 22 betätigt, um

2j Flüssigkeit schnell in den ringförmigen Zwischenraum 52 zwischen Schutzbehälter 38 und Wand des Druckbehälters zu pumpen. Bei diesem Arbeitsgang ist es notwendig, daß der Druckbehälter im wesentlichen vollständig mit Flüssigkeil angefüllt ist, bevor die Flüssigkeit in Berührung mit dem erwärmten Werkstück 46 treten kann.

Bei der bevorzugten Ausführungsform wird Wasser als Flüssigkeit verwendet, die in den Behälter gepumpt wird, obwohl natürlich auch andere Flüssigkeiten, wie natürliche und synthetische Kohlenwasserstoffe, synthetische hydraulische Fluide, wie Phosphatester, verschic dene Glycerine und Glykole als Druckmedium verwendet werden können. Jede Flüssigkeit kann als Druckmedium bei der Anwendung der Erfindung benutzt werden, die bei Raumtemperatur flüssig und bei der auftretenden Temperatur und dem auftretenden Druck mit dem Werkstück und dem Material, aus dem der innere oder Schutzbehälter 38 besteht, verträglich ist.

Es dürfte klar sein, daß da, wo eine Flüssigkeit mit einem auf eine Temperatur von ungefähr 1200" C erhitzten Werkstück in Berührung kommt, große Mengen an Dampf erzeugt werden. Aus diesem Grund muß die Berührung der Flüssigkeit mit dem erwärmten Werkstück vermieden werden, bis der Behälter im wesentlichen völlig aufgefüllt ist. Es wurde gefunden, daß die Gefahr, zu hohe Mengen an Dampf zu erzeugen, dann vermieden ist, wenn das Verhältnis des ringförmigen Zwischenraums 52 zum ringförmigen Zwischenraum 54 mindestens 10:1 beträgt. Natürlich ist die Menge des erzeugten Dampfes auch eine Funktion der Geschwindigkeit, mit der der Druckbehälter vollständig aufgefüllt wird, ebenso wie eine Funktion der Zeitdauer, in der der Druck im Behälter auf einen Druck oberhalb des kritischen Drucks des verwendeten Flüssigkcits- <« druckmcdiums ansteigt. Deshalb ist die Geschwindigkeit, mit der die Flüssigkeit in den Druckbehälter gepumpt wird, von Bedeutung.

Wie vorstellbar, wird die Flüssigkeit, sobald der Pegel des flüssigen Druckmcdiums im Behälter das obere '•s Ende des Schutzbehälters 38 erreicht, wasscrfallartig auf das Werkstück 46 herunterfallen, wobei bei den bei der warmen isostatischen Verdichtung auftretenden Temperaturen die mit dem Werkstück in Berührung

kommende Flüssigkeit verdampft wird. Der Wechsel von der flüssigen zur Dampfphase erfordert eine erhebliche Menge an Wärme, die normalerweise eine starke Kühlung (Abschreckung) des Werkstückes hervorruft. Es ist deshalb wünschenswert, diesen Abschreckungseffekt entweder zu verhindern oder zumindest auf ein Minimum herabzusetzen. Um dies zu erreichen, wird das schnelle Pumpen der Flüssigkeit in den Behälter fortgesetzt, bis der gewünschte Verdichtungsdruck erreicht ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist der gewählte Verdichtungsdruck ca. 2000 kg/ cm². Dieser Druck liegt deutlich über dem kritischen Druck des Wassers (226 kg/cm² bei der entsprechenden Temperatur). Der kritische Druck einer flüssigen Substanz ist der Punkt, oberhalb dessen seine flüssige Phase nicht in seine Dampfphase umgewandelt werden kann. So verursacht also die rasche Druckzuführung des flüssigen Mediums in den Druckbehälter, daß das flüssige Medium seinen kritischen Druck überschreitet, und dadurch den Wärmeverlust des Werkstückes, der sonst durch den Wechsel von der flüssigen in die Dampfphase auftritt, ausschaltet. Die Geschwindigkeit der Druckerhöhung im Behälter sollte hoch genug sein, um die Bildung von Dampf im Behälter, welche die Temperatur des erwärmten Werkstückes vor seiner gewünschten Verdichtung erheblich verringern würde, auf ein Minimum zu beschränken.

Wenn das Werkstück voll zu einer Dichte zusammengepreßt ist, die dem theoretischen Wert von 100 % nahe kommt, wird das Pumpen der Flüssigkeit in den Druckbehälter unterbrochen, das Ablaßventil 26 geöffnet und der Druck rasch abgelassen. Das Druckmedium wird dann aus dem Druckbehälter abgelassen, wobei die Flüssigkeit sowohl über die obere Durchtrittsöffnung 34 als auch über die untere Durchtrittsöffnung 20 abgelassen wird. Wenn der Flüssigkeitspegel im Druckbehälter unter den offenen oberen Teil 40 des Schutzbehälters abgesunken ist, so fließt die Flüssigkeit weiterhin über die untere Durchtrittsöffnung 20 ab. Das flüssige Druckmedium, das das Werkstück 46 im Schutzbehälter 38 umgibt, verdampft (der Druck in der Anlage ist im wesentlichen gleichzeitig mit der Betätigung der Druckablaßeinrichtung deutlich unter den kritischen Druck abgesunken), und der Dampf tritt fortwährend durch die obere Durchtrittsöffnung 34 und eventuell auch durch die untere Durchtrittsöffnung 20 aus.

Ein schnelles Ablassen des Druckes und ein Abführen der Flüssigkeit vom Druckgefäß ist erwünscht, um das verdichtete Werkstück von dem Druckgefäß herauszuziehen, bevor es erheblich abgekühlt ist. Viele Materialien, die für gewöhnlich durch warme isostatische Verdichtung verarbeitet werden, beispielsweise Verbindungen auf Nickelbasis, neigen zu unerwünschten Gefügeänderungen, wenn zu schnell eine Abkühlung auf ungefähr 650 bis 850°C stattfindet. Wenn deshalb das Werkstück vom Druckbehälter bei einer Temperatur oberhalb 930⁰C entfernt wird, soll es unmittelbar für eine weitere Abkühlung zur Raumtemperatur in eine kontrollierte Ofenatmosphäre gebracht werden.

F i g. 2 ist ein Zcit-Tcmperatur-Diagramm, das in schematischcr Form die Zeit zeigt, die für ein heißes isostatisches Pressen eines Pulverkörpers in Übereinstimmung mit der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung notwendig ist. Ebenfalls ist die ungefähre Obcrflächcntcmpcratur des Werkstückes während des Prozeßzyklus dargestellt. Es ist bekannt, daß die Obcrflächcntcmpcratur des Werkstückes 1200" C beträgt, wenn es vom Ofen herausgezogen wird, und daß seine Oberflächentemperatur ungefähr 950°C beträgt, wenn das Werkstück vom Druckbehälter in voll verdichtetem Zustand ungefähr 90 Sekunden später herausgezogen wird. Die bei den gestrichelten Linien der F i g. 2 gezeigten Oberflächentemperaturen sind nur Näherungswerte. Wie im Diagramm gezeigt, liegt die Oberflächentemperatur des Werkstückes zu der Zeit, zu der der vorgewählte Verdichtungsdruck erreicht ist —

ίο ungefähr 35 Sekunden, nachdem das Werkstück vom Ofen entfernt wurde — zwischen 1050 und 1150⁰C.

Die F i g. 3 und 4 zeigen eine abgeänderte Form der Erfindung. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird das erwärmte Werkstück von den inneren Oberflächen des Druckbehälters durch einen ringförmigen Zwischenraum getrennt, und das flüssige Druckmedium wird bei hoher Geschwindigkeit tangential zu den inneren Oberflächen des Druckgefäßes in den Zwischenraum eingepumpt, um eine schraubenlinienförmige Flüssigkeitsströmung zu bilden, während sich der Druckbehälter auffüllt, wobei eine direkte Berührung zwischen Druckmedium und erwärmtem Werkstück verhindert wird, bis der Druckbehälter im wesentlichen vollständig mit dem Druckmedium aufgefüllt ist.

In den F i g. 3 und 4 hat der Druckbehälter 70 an einem Ende einen Boden und eine zylinderförmige Innenwand 71 mit einer Flüssigkeitseinlaß- oder Durchtrittsöffnung 72 an seinem unteren Teil. Die Durchtrittsöffnung 72 ist mit einer Flüssigkeitspumpe mit hoher Volumenkapazität (nicht gezeigt) verbunden und in bezug auf die Druckbehälterwand so angeordnet, um Flüssigkeit ins Behälterinnere tangential längs seiner Innenwand einzuführen.

Ein Strömungsleitkörper und Werkstückträger 74 ist am Boden 84 des Druckbehälters angeordnet. Die äußere Oberfläche des Teils 74 ist im allgemeinen zylinderförmig und bildet mit der inneren zylindrischen Seite 71 des Druckbehälters in der Gegend der Flüssigkeitsdurchtrittsöffnung 72 einen ringförmigen Zwischenraum 76. Der Berührungsbereich 90 zwischen innerer Zylinderwand 71 und Boden 84 des Druckbehälters ist abgerundet, um eine kantenfreie Oberfläche zu erhalten. Das Teil 74 weist einen nach oben vorstehenden Rand 78 auf, um das Werkstück 80 in zentraler Lage in der Druckkammer aufzunehmen und zu lagern, wobei die zentrale Achse des Druckbehälters mit der Achse des Werkstückes zusammenfällt. Wenn das Werkstück in den Druckbehälter eingeführt ist, ist der ringförmige Zwischenraum 76 kleiner als der ringförmige Zwischcnraum zwischen Werkstück 80 und Druckbehälterwand 71.

Der Boden des Teils 74 weist eine zylinderförmige Vertiefung au!, so daß nach unten ein ringförmiger Rand 82 gebildet wird, der den Boden 84 des Druckbehälters

S5 berührt. Die Berührungsfläche des Teils 74 mit dem Boden 84 des Druckbehälters wird daher möglichst gering gehalten, wodurch die Wärmeübertragung vom Werkstück 80 über das Teil 74 zum Druckgefäß 80 verringert wird.

(«) Eine radial angeordnete Auslaßöffnung 86 ist nahe dem oberen Ende des Druckbehälters 70 vorgesehen. Ein Druckablaß 88, wie beschrieben, ist mit dem Auslaß 86 verbunden.

Die Einlaßöffnung 72 ist über ein Ventil (nicht

hü gezeigt) mit einem Ablaßrohr verbunden, um den Druckbehälter zu entlasten.

Beim Betrieb wird das aufgewärmte Werkstück in den Druckbehälter eingeführt und letzterer geschlossen.

abgedichtet und blockiert. Ein flüssiges Druckmedium wird in den ringförmigen Zwischenraum 76 des Druckbehälters mit hoher Geschwindigkeit über den Einlaß 72 eingeführt. Die Flüssigkeit wird bei ihrer Zuführung gegen die Wand des Druckbehälters und das Teil 74 in eine schraubenförmige Strömung gezwungen, und bildet so einen Flüssigkeitsfilm oder -schicht, die sich längs der Wand 71 des Druckbehälters nach oben bewegt. Wenn das Werkstück im Zentrum der schraubenlinienförmigen Strömung und in einem Abstand von der Seite des Druckbehälters angeordnet ist, so steht es mit der Flüssigkeit nicht in Verbindung, bis der Druckbehälter im wesentlichen vollständig aufgefüllt ist. Wenn das Pumpen der Flüssigkeit in den Druckbehälter fortgesetzt wird, so steigt die Dicke der Flüssigkeitsschicht allmählich an und nur dann, wenn der Druckbehälter im wesentlichen voll mit Flüssigkeit angefüllt ist, ergibt sich eine wesentliche Berührung zwischen Flüssigkeit und Werkstück. Wenn der Druckbehälter vollständig angefüllt ist, so wird ein rascher Druckanstieg in der Flüssigkeit auf den gewünschten vorgewählten Verdichtungsdruck durchgeführt, wie vorher beschrieben.

Wenn im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Druckablaßeinrichtung in Tätigkeit tritt, sobald der vorgewählte Verdichtungsdruck erreicht ist, wird das Pumpen von Flüssigkeit in den Druckbehälter unterbrochen, und die Flüssigkeit wird vom Druckbehälter abgezogen. Das vollständig verdichtete Teil wird anschließend vom Druckbehälter entfernt.

Fig.5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Vorrichtung, die bei der Anwendung der Erfindung benützt werden kann. Bei dieser Anordnung wird das vorerwärmte Werkstück ebenfalls von den inneren Oberflächen des Druckbehälters durch einen im allgemeinen ringförmigen Zwischenraum abgetrennt. Während das flüssige Druckmedium in den Druckbehälter gepumpt wird, wird dieser schnell in seine vertikale Achse gedreht. Die dadurch erzeugte Zentrifugalkraft treibt das flüssige Druckmedium nach außen, wobei eine Berührung zwischen Druckmedium und Werkstück vermieden wird, bis der Druckbehälter im wesentlichen vollständig gefüllt ist.

Der zylindrische Druckbehälter 92 weist an einem Ende einen Deckel und am gegenüberliegenden Ende einen drehbaren Anschluß 94 mit einer Flüssigkeitsabdichtung 96 auf. Der drehbare Anschluß 96 enthält einen Flüssigkeitseinlaß 98, dessen Achse mit der Drehachse des Druckbehälters zusammenfällt Der Einlaß 98 ist mit einer Hochvolumen-Flüssigkeitspumpe (nicht gezeigt) verbunden.

Die Innenwand 100 des Druckbehälters ist zylinderförmig. Ein zylinderförmiges Werkstückauflager und ein Strömungsleitkörper 102 sind durch einen nach unten ragenden Rand 104 am Boden des Druckbehälters

ίο befestigt. Der Rand 104 hat Durchtrittsöffnungen 106, durch welche die Flüssigkeit zwischen dem Einlaß 98 und dem zwischen Innenwand 100 des Druckbehälters und Teil 102 gebildeten ringförmigen Zwischenraum hindurchtreten kann und dabei aus axialer Richtung in

ij eine radiale Richtung nach außen abgelenkt wird.

Das Teil 102 hat einen nach oben ragenden Rand 108, der eine Auflagefläche 110 für das Werkstück 112 bildet. Nach der Einführung in den Druckbehälter fällt die Symmetrieachse des Werkstückes im wesentlichen mit der Symmetrieachse des Druckbehälters zusammen, und zwischen Werkstück und Innenwand 100 des Druckbehälters besteht ein im allgemeinen ringförmiger Zwischenraum.

Der Druckbehälter ist mit einer Druckablaßeinrichtung 114 und über den Einlaß 98 mit einer Einrichtung (nicht gezeigt) versehen, um den Druckbehälter zu entlasten.

Der Druckbehälter 92 ist in Lagern 116 drehbar gelagert und mit einem Rotationsantrieb 118 ausgestattet, damit der Motor 120 den Druckbehälter um seine Achse drehen kann.

Beim Betrieb der in Fig.5 gezeigten Vorrichtung wird das erwärmte Werkstück 112 in den Druckbehälter 92 eingebracht, und dieser verschlossen, abgedichtet und blockiert. Der Druckbehälter wird mit einer so hohen Geschwindigkeit gedreht, daß die erzeugte Zentrifugalkraft die Druckflüssigkeit von der Rotationsachse nach außen bewegt. Über den Einlaß 98 und durch die Durchtrittsöffnungen 106 wird Flüssigkeit in den Druckbehälter eingeführt Die durch das Drehen des Druckbehälters erzeugte Zentrifugalkraft hat zur Folge daß die Flüssigkeit eine Schicht an der Wand des drehenden Druckbehälters bildet, deren Dichte anwächst. Wenn der Druckbehälter vollständig an gefüllt ist, wird das Pumpen fortgesetzt, bis dei vorgewählte Verdichtungsdruck erreicht ist.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

1. Palentansprüche:

   I. Isostatische Presse zum Verdichten eines in einem flexiblen Sack als Hülle befn hen Pulvers oder eines selbsttragenden PuIvl .^orpers ohne Hülle, welches bzw. welcher außerhalb der Presse auf eine hohe jedoch noch unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erwärmt worden ist und in einem verschließbaren Druckbehälter durch ein fließfähiges Druckmittel unter hohen Druck gesetzt wird, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeit als Druckmittel — wie beim Pressen mit kaltem Pulver bekannt — deren Siedepunkt erheblich unterhalb der Temperatur des zu pressenden erwärmten Pulvers bzw. Pulverkörpers (46) liegt, und einen oben offenen Schutzbehälter (38), in den der flexible Sack bzw. der Pulverkörper (46) mit nur geringem Wandabstand hineingestellt wird, und einen Einlaß (20) für die Flüssigkeit in den u> Druckbehälter (10) von unten außerhalb des Schutzbehälters.
2. 2. fsostatische Presse zum Verdichten eines in einem flexiblen Sack als Hülle befindlichen Pulvers oder eines selbsttragenden Pulverkörpers ohne Hülle, welches bzw. welcher außerhalb der Presse auf eine hohe jedoch unterhalb des Schmelzpunktes liegende Temperatur erwärmt worden ist und in einem verschließbaren zylindrischen Druckbehälter durch ein fließfähiges Druckmittel unter hohen jo Druck gesetzt wird, gekennzeichnet durch eine Flüssigkeit als Druckmittel — wie beim Pressen mit kaltem Pulver bekannt — deren Siedepunkt erheblich unterhalb der Temperatur des zu pressenden erwärmten Pulvers bzw. Pulverkörpers (46) liegt, unter Einfüllung der Flüssigkeit in den Druckbehälter (70, 92) von unten unter Kraftwirkung auf die Flüssigkeit nach außen, entweder durch tangentiales Einströmen zur Erzeugung eines Dralls (Fig. 3, 4) oder durch Rotation des Druckbehälters (F i g. 5).
3. 3. Presse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der freie Raum zwischen dem mit Pulver gefüllten flexiblen Sack bzw. dem Pulverkörper und dem Schutzbehälter und 1/10 des übrigen Volumens des Druckbehälters beträgt.
4. 4. Presse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (58) zum Zuführen von Wärme zum Pulverkörper oder dem Pulver (48) innerhalb des Behälters.

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