DE2518793C3 - Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck - Google Patents
Vertikaler Rohrofen für hohen ArbeitsdruckInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen vertikalen Rohrofen für hohen Arbeitsdruck gemäß dem Oberbegriff des
Anspruches 1. Ein solcher Ofen ist beispielsweise bekannt aus der DE-OS 19 53 306.
Das Warmpressen von beispielsweise Pulverkörpern in solchen öfen findet bei hohen Temperaturen, bis zu
15000C, in einer Gasatmosphäre unter Drücken statt, die vorzugsweise bei 500 Bar und darüber liegen. Unter
diesen Bedingungen werden die Pulverkörner zu einem festen homogenen Körper mit hoher Dichte verbunden.
Die seitlichen Kräfte werden dabei überwiegend von dem vorgespannten Draht- oder Bandmantel aufgenommen,
der das dickwandige innere Rohr umgibt. Die Druckkammer umschließt einen Ofenraum. Zwischen
dem Ofenraum und den Wänden der Druckkammer befindet sich eine isolierende Hülle. Aus Kostengründen
ist man bestrebt, die wanddicke der Isolierung gering zu halten, um einen großen nutzbaren Ofenraum zu
bekommen. Aufgrund der Wärmeverluste durch den isolierenden Mantel werden die Druckkammerwände
erwärmt. Im Hinblick auf die hohen Beanspruchungen im Hochdruckzylinder muß die Temperatur des
Materials auf einige hundert °C begrenzt werden.
Bisher wurden mit Band- oder Drahtmantel versehene Hochdruckzylinder außen gekühlt. Besonders in
Hochdruckzylindern mit großem inneren Durchmesser, die für hohen Druck vorgesehen sind, wird der Drahtoder
Bandmantel dick und der Temperaturunterschied
55
hi ι zwischen der inneren Fläche des Zylinders und der
äußeren gekühlten Fläche des Bandmantels groß, oftmals 50— 1000C. Um die innere Temperatur unter
dem zulässigen Niveau halten zu können, ist eine große Kühlwassermenge und/oder eine niedrige Kühlwassertemperatur
erforderlich. In gewissen Fällen kann es mit unüberwindbaren Schwierigkeiten verbunden sein, die
Zylindertemperatur überhaupt unter dem notwendigen Niveau zu halten. Vom Gesichtspunkt der Festigkeit ist
der Temperaturgradient im Bandmantel ungünstig. Die Spannungsverteilung im Bandmantel wird in Abhängigkeit
vom Temperaturgradienten beeinflußt, was die Festigkeit beeinflußt Bei der Festigkeitsberechnung
uid Bestimmung der zulässigen Beanspruchung muß auf
diese Beeinflussung Rücksicht genommen werden. Bandgewickelte Reaktionskolonnen für die chemische
Industrie sind dort vorhanden, wo zwei von einem Bandmantel umgebene Rohre so ausgebildet sind, daß
sich zwischen ihnen ein spiralförmiger Kühlkanal bildet. Diese Kolonnen sind für bedeutend niedrigere Druckniveaus
bestimmt als Hochdruckzylinder für isostatisches Pressen, weshalb man vom Gesichtspunkt der Festigkeit
die Spannungsüberschüsse tolerieren kann, die man aufgrund der Kühlkanäle erhält Die für diese Kolonnen
bekannten Konstruktionen sind jedoch nicht für bandgewickelte Zylimier mit einem sehr stark beanspruchten
inneren Rohr geeignet
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen vertikalen Rohrofen der eingangs genannten Art zu
entwickeln, bei dem eine wirksame und ausreichende Kühlung des inneren Rohres der Wand des Hochdruckzylinders
sichergestellt ist, und zwar auch bei Rohröfen mit sehr dicken Bandmänteln.
Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein vertikaler Rohrofen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1
vorgeschlagen, der erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 genannten Merkmale hat.
Vorteilhafte Weiterbildungen, der Erfindung sind in
den Unteransprüchen genannt
Bei einer bevorzugten Ausführung der Erfindung wird eine Schicht Stäbe mit abgeschrägten Ecken um
das innere Rohr des Hochdruckzylinders gelegt, so daß man eine rohrförmige Stabschicht erhält.
Zwischen den Abschrägungen der Stäbe und dem umgebenden Bandmantel oder einem Blechrohr bilden
sich Kühlkanäle aus, wodurch verhindert wird, daß Kühlmedium in den Bandmantel des Zylinders eindringt.
Die Stäbe sind mit der Achse des Zylinders parallel. Die Kühlkanäle sind somit axial ausgerichtet. Das Kühlmittel
wird durch Endringe zugeführt und um den Zylinder übe·" einen ringförmigen Raum verteilt, der aus den
Endringen und den Stäben gebildet wird. Die Stäbe bedecken zweckmäßigerweise die ganze äußere Fläche
des Hochdruckzylinders. Die radiale Kraft des Bandmantels wird dann in der Hauptsache gleichmäßig
verteilt und Zusatzspannungen werden im wesentlichen vermieden. Es kann jedoch im Hinblick auf die
Festigkeit und mit Rücksicht auf die sehr großen Beanspruchungen im inneren Rohr des Hochdruckzylinders
angebracht sein, die rohrförmige Stabschicht zwischen zwei Bandschichten im Mantel zu verlegen,
um das Risiko örtlicher Spannungskonzentrationen im inneren Rohr des Hochdruckzylinders ganz zu beseitigen.
In einer alternativen Ausführungsform wird ein Rohr
mit stabförmigen Partien um das innere Rohr des Hochdruckzylinders gelegt, wobei die Kühlmittelkanäle
aus in den Wänden angebrachten Nuten und zweckmä-
Qigerweise dem umgebenden Bandmantel oder einem Blechrohr zwischen dem Rohr mit den Nuten und dem
Bandmantel gebildet werden.
Zwei Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden an Hand der Zeichnung näher beschrieben; in
dieser zeigt
F i g. 1 einen vertikalen Rohrofen, teilweise im Schnitt,
F i g. 2 einen axialen Teilschnitt durch die oberen und unteren Enden des Hochdruckzylinders eines Rohrofens
gemäß der Erfindung,
Fig.3 einen radialen Teilschnitt durch denselben
Hochdruckzylinder gemäß Linie A-A in F i g. 2 und
F i g. 4 einen radialen Schnitt durch einen alternativ hergestellten Hochdruckzylinder.
In den Figuren bezeichnet 1 ein beweglich angeordnetes
PresiengestelL das von der in F i g. 1 gezeigten Lage und einer Lage, in der es die Druckkammer 2
umgibt, verschiebbar ist Das Pressengestell besteht aus Jochen 3 und 4 und dazwischenliegenden Distanzstükken
5 und einem diese zusammenhaltenden, vorgespannten Bandmantel 6. Das Gestell wird von Rädern 7
getragen, die auf Schienen 8 laufen. Die Hochdruckkammer 2 wird von einem Pfeiler 9 getragen und enthält
einen Hochdruckzylinder 10 mit einem oberen Endverschluß 11 mit einer Dichtung 12 sowie einem unteren
Endverschluß 13, der aus einem Ring 14 mit einer Dichtung 15 und einem in diesen hineinragenden
Bodenteil 16 mit einer Dichtung 17 besteht. In der Druckkammer 2 befindet sich ein Ofenraum 18 mit
einem Werkstück 49. Druckmittelkräfte, die auf die Endverschlüsse Il und 13 wirken, werden vom
Pressengestell 1 aufgenommen. Zwischen den Druckkammerwänden und dem Ofenraum 18 ist eine
isolierende Hülle angebracht, die aus einem isolierenden Zylinder 19, einem isolierenden Deckel 20 und einem
isolierenden Boden 21 besteht Der Ofenraum 18 wird von elektrischen Heizelementen 22 umgeben. Diesen
wird Energie über die Leitung 23 zugeführt. Der Druckkammer 18 wird Druckmittel durch den Kanal 24
zugeführt. Der Bodenteil 16 ist zum Chargieren des Ofenraumes heb- und senkbar ausgebildet. Der
Bodenteil 16 wird von einer Konsole 25 mit einer Führung 26 getragen, die an einer Stange 27
entlangläuft. Die Betätigung wird i.-iit Hilfe eines
Hydraulikzylinders 28 vorgenommen, dessen Kolbenstange 29 mit der Führung 26 zusammengekuppelt ist.
Der Hochdruckzylinder enthält ein inneres Rohr 30, um das ein Bandmantel 31 gewickelt ist. Das Band ist
unter Vorspannung gewickelt. Der Bandmantel nimmt den Hauptteä' der vom Druckmittel erzeugten Kräfte
auf. Bisher hat man den Bandmantel bei Druckkammern mit einem bandgewickelten Hochdruckzylinder außen
gekühlt, um die Temperatur an der inneren Wand 32 des Rohres 30 auf einen in bezug auf die Festigkeit
tolerierbaren Wert zu begrenzen.
Mit der Steigerung des Drucks und des Zylinderdurchmesserii
nehmen jedoch auch die Dicke des Bandmantels und dairit die Schwierigkeiten zu, die
Temperatur der Rohrwand niedrig zu halten. Bei großen Bandschichtdicken wird der Temperaturfall zwischen
Rohrwand und dem äußeren Teil des Bandmantels bei erreichbarem Wärmetransport groß und kann bis zu
50—100°C betragen. Außerdem führt der Temperaturgradient
im Bandmantel zu nicht erwünschten Veränderungen in den Spannungen innerhalb der verschiedenen
ίο Bandschichten, die ungünstig und schwer zu berechnen
sind.
Um die Nachteile bei der bekannten Ausführung zu vermeiden, werden die Kühlkanäle in den Bandmantel
oder zwischen Bandmantel und innerem Rohr des Zylinders 10 verlegt. In den Hochdruckzylinder 10 nach
F i g. 2 und 3 sind eine Anzahl Stäbe 33 zwischen dem Rohr 30 und dem Bandmantel 31 eingelegt Diese Stäbe
sind axial ausgerichtet und bilden eine ringförmige Schicht um das Rohr 30. Die innere Fläche 34 der Stäbe
liegt an der äußeren Fläche 35 des Roijres 30 an. Die
äußeren Ecken der Stäbe sind abgeschrägt Zwischen den Stäben und dem Bandmantel 311 befindet sich ein
Blechrohr 36. Die abgeschrägten Flächen 37 der Stäbe und die innere Fläche 38 des Blechrohres bilden
zusammeii die Wände der axialen Kühlkanäle 39. An
den Enden des Hochdruckzylinders sind Endringe 40 angebracht, die zum Rohr 30 mit Verschlußringen 41
axial fixiert sind. Zwischen dem Rohr 30, den Endringen 40 und den Ringen 42 bildet sich eine ringförmige Nut in
jo die ein Dichtungsring 43 gelegt ist der verhindert daß Kühlmedium zwischen dem Rohr 30 und den Ringen 40
austritt Zwischen dem Rohr 30 und den Ringen 40 befindet sich ein Dichtungsring 44, der verhindert, daß
Druckmittel in den Bandmantcl dringt In den Ringen 40 ist je ein ringförmiger Raum 45 zur Verteilung des
Kühlmediums um die Stäbe 33 angeordnet. Zu den Kanälen 45 führen radiale Kanäle 46. Kühlmittel wird
durch den Kanal 46 des einen Ringes 40 zugeführt, über den ringförmigen Raum 45 um die Stäbe 33 verteilt und
-tu ström' dann axial in den Kühlkanälen 39 um die Stäbe 33
zum Raum 45 in dem anderen Ring 40 und von dort durch den Kanal 46 und nicht gezeigten Leitungen zu
einem Ablauf oder zu einem Kühler.
In F i g. 4 wird eine alternative Ausführung gezeigt.
π bei der die Stäbe zwischen Schichten des Bandmantels verlegt sind. Der Bandmantel besteht aus einem inneren
Teil 31a, der direkt um das Rohr 3ft gewickelt ist. Dieser Teil besteht aus einigen Bandschichten, beispielsweise
zwischen drei und zehn Schichten. Auf dem inneren Teil
ίο 31a des Bandmantels sind eine Anzahl rechteckige
Stäbe 50 im Abstand voneinander angeordnet. Auf die Stabschicht ist der äußere Teil 31 b des Bandmantels
gewickelt. Zwischen den Stäben 50 und den Bandmantelteilen 31a und 31i>
bilden sich axiale Kühlwasserkanii-
">■> Ie 51. Der innere Bancimanteiteil verteilt den Stäbdruck,
so daß das Rohr im wesentlichen einer gleichmäßigen radialen Kraft ausgesetzt ist.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (5)
1. Vertikaler Rohrofen für hohen Arbeitsdruck, vorzugsweise zum isostatischen Warmpressen von
Pulverkörpern mit einer zylindrischen Druckkammer, die aus einem Hochdruckzylinder, aus einem
Rohr, aus einem um dieses Rohr gewickelten vorgespannten kraftaufnehmenden Bandmantel und
aus in den Hochdruckzylinder hineinragenden Endverschlüssen aufgebaut ist, sowie mit Einrichtun- to
gen zur Aufnahme der im Betrieb auf die Endverschlüsse nach außen wirkenden Kräfte,
dadurch gekennzeichnet, daß im Innern oder auf der Innenseite des Bandmantels (31) eine
Schicht von axial zum Hochdruckzylinder (10) '5 orientierten Stäben (33, 50) angeordnet ist, die
Kühikanäle(39,51) bilden.
2. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ecken (37) der Stäbe (33)
abgeschrägt sind, so daß sich axiale Kühikanäle (39)
zwischen diesen abgeschrägten Ecken und den diese umgebenden oder davorliegenden Konstruktionselementen ausbilden.
3. Rohrofen nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stäbe (33) von einem
Blechrohr (36) umgeben sind, das zusammen mit den Stäben die Kühlkanäle (39) bildet.
4. Rohrofen nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Rohr (30) des Hochdruckzylinders
(10) von einem Rohr mit längsgehenden, stabförmi- M gen Partien umgeben ist.
5. Rohrofen nach Anspruch ., dadurch gekennzeichnet, daß in den? Bandi.iantel (31) zwischen den
Mantelschichten (31a, 3\b) mit At rand zueinander angeordnete Stäbe (50) eingefügt sind, zwischen J5
denen Kühlkanäle (51) ausgebildet sind.
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