DE2619121C3 - Isostatische Heißpresse - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine isostatische Heißpresse, in deren Druckkessel ein den Arbeitsbereich umgebender wärmeisolierender Mantel eingesetzt ist, wobei zwischen einem vom Mantel und der Kesselinnenwand belassenen Ringraum und dem Arbeitsraum nur /. B. Inbyrinthartige oder stark gedrosselte Verbindungen für einen Druckmitlelajstausch bestehen, mit einer in den Arbeitsbereich oder in den Ringraum mündenden Bohrung in einer Stirnseite des Druckkessels /um Anschluß einer Druckmitlellcitung.

Isostatische Pressen werden beispielsweise dazu verwende!, pulverförmiges Material in einer Form zur Bildung eines Festkörpers /u verdichten. Dabei sind während des Arbeitsvorgangs der isustatisühcn Pressen Drücke in der Höhe von 35 * lO'N/m² nicht ungewöhnlichWeiin Pulvermetall auf eine theoretische Dichte verdichtet werden soll* wird das Pulvermetall vorgeheizt und schließlich bei einer erhöhten Temperatur heißgepreßt. Als Pressen zur Durchführung dieser Verfahren werden isoslatische Heißpressen verwendet, und sie beinhallen im allgemeinen Heizelemente i'.Ur Aufrechterhallung einer hohen Temperatur innerhalb der Presse.

In einer isostatischen Heißpresse ist es erstrebenswert, daß die durch die Heizelemente erzeugte Wärme zur Aufrechterhaltung einer hohen Temperatur des zu verdichtenden Gegenstands verwendet wird. Um Wärmeverluste zu vermeiden, werden deshalb die Heizelemente gegen die Pressenwände so weit als möglich abisoliert. Für eine thermische Isolierung der

ίο Heizelemente gegenüber den Wänden einer isostatischen Heißpresse werden gewöhnlich eine oder mehrere wärmeisolierende Hüllschichten oder Mäntel verwendet Derartige Mantel besitzen im allgemeinen eine zylindrische Hülsenform, wobei die Hülse die Heizelemente einschließt und zwischen den Heizelementen und der Wand der Presse angeordnet ist. Aus einer Anzahl von Gründen ist im allgemeinen die strukturelle Festigkeit einer derartigen Hüllschicht oder Mantels nicht wesentlich. Die Größe derartiger Mantel kann jedoch beträchtlich sein, beispielsweise weisen typische Mantel einen Innendurchmesser von 610 mm und eine Länge von 1525 mm oder 1830 mm auf. Ein Problem bei derartigen Mänteln ist deren Anfälligkeit gegen Bruch falls über dem Mantel Druckdifferenzen existieren. Es hat sich herausgestellt, daß während des Druckaufbaus und der Druckverminderung der Presse derartige Druckdifferenzen auftreten.

Bekannte isostatische Heißpressen verwenden eine einzelne Öffnung, welche zum Druckaufbau und Druckvermindern der Presse im allgemeinen mit dem Innenraum von nui einer Mantelseite in Verbindung steht. In der US-PS 36 95 597 ist eine einzige Druckaufbau/Druckverminderungsöffnung angegeben, die mit einem durch die Wand der Presse und der Außenfläche einer wärmeisolierenden Hüllschicht oder Mantels gebildeter ringförmigen Raum in Verbindung steht. Bei dieser Konstruktion ist die wärmeisolierende Hüllschicht am oberen Teil der Presse befestigt und der untere Abschnitt der Hüllschicht endet an einem Punkt oberhalb des Bodens der Presse, wodurch das Druckmedium, das im Fall einer isosiatischen Heißpresse im allgemeinen ein gasförmiges Medium ist, um das untere Ende der Hüllschicht in den Innenraum oder Arbeitsbereich der Presse strömen kann. Die Öffnung steht dabei in unmittelbarer Verbindung mit dem ringförmigen Raum in einem Bereich oberhalb des unteren Endes der Hülle.

Obgleich bekannte isoslatische Heißpressen im allgemeinen Mittel für eine fluide Verbindung zwischen Außenseite und Innenseite des Mantels vorsehen, wurde dennoch nicht erkannt, daß während der schroffen Druckwechsel, beispielsweise beim Druckaufbau und Di uckvermindern, eine Druckdifferenz über dem Mantel entstehen kann, deren Höhe ausreicht, um

M Beschädigungen des Maniels. wie beispielsweise Brüche, zu bewirken.

Aufgabe der Erfindung isi es. bei einer isostatischen Heißpressc das Auftreten von schädlichen Druckunter schieden an gegenüberliegenocr Manlclseiten bei

M) Driickaiifhau oder Druckabbau der tleißprcsse /u verhindern.

Diese Aufgabe wird crfindungsgcmilß gelöst, durch eine zweite, unmittelbar auch in den anderen der beiden genannten Räume mündende Bohrung in der Stirnseite h5 des Druckkessel, sowie ein Verteilventil mit einem Dfuckmitieleirigarig und je einem gleichen Ausgang zum Anschluß an jede der beiden genannten Bohrungen des Druckkessels Und einem dem Vcrtcilerventil

parallelgeschalteien Sammelvenli! mit ebenfalls zwei Anschlüssen für das bei Druckentlastung aus dem Druckkessel zurückströmende Druckmittel und einer gemeinsamen Ventil-Ausgangsöffnung, welche beiden Ventile durch auf die jeweiligen Drücke an ihren beiden mit dem Druckkessel verbundenen Anschlüssen ansprechende Steuerorgane sich bei Druckmitteldurchfluß derart selbst regeln, daß auch während des raschen Füllens bzw. Entlastens des Druckkessels im Ringraum und im Arbeitsbereich stets dieselben Drücke herrschen.

In vorteilhafter Weise sind die Steuerorgane in den Ventilen in deren Hauptdurchgangsbohrung im Druck mittelslrom schwimmende, zwischen ihrem Außenumfang und der Innenwand der Bohrung Drosselstrecken bildende schlanke Kolben, vor denen derjenige des Verteilerventils in seinem mittleren, dem Druckmitteleingang zugewendeten Abschnitt eine Durchmesserreduzierung aufweist

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand von Figuren beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Schnittansicht des Druckkesseis einer isostaluchen Ί ieißpresse,

Fig. 2 einen Querschnitt einer bevorzugteii Ausführungsform eines Sammelventils und

F i g. 3 einen Querschnitt einer bevorzugten Ausführungsform eines Verteilerventils.

In Fig. 1 ist eine schematische Schnittansicht eines mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Druckkessels einer isostatischen Heißpresse dargestellt. Dieser weist einen zylindrischen Körper 11 mit durch Schrauben oder anderen geeigneten Mitteln am Körper 11 befestigten Endverschlüssen 12 und 14 auf. Innerhalb des Kessels 10 ist eine wärmeisolierende Schicht oder zylindrischer Mantel 16 angeordnet, der einen Arbeitsbereich 18 und einen ringförmigen Bereich oder r> Ringraum 20 bestimmt. Innerhalb des Arbeitsbereiches 18 und benachbart zum Mantel 16 sind eine Vielzahl von Heizelementen 22 angeordnet.

Für den Fachmann auf dem Gebiet der isostatischen Heißpressen ist es klar, daß der Mantel 16 mit verschiedenen Einrichtungen ausgerüstet sein kann, um eine fluide Verbindung /wischen Arbeitsbereich 18 und ringförmigen Bereich 20 zu gewährleisten. Da derartige Einrichtungen dem Fachmann bekannt sind, wurden diese Merkmale in F i g. 1 nicht dargestellt. 4^r>

Nach Maßgabe der vorliegenden Erfindung weist der Kessel 10 zwei öffnungen für einen Diuckmittel Einbzw. Auslaß auf, beispielsweise die Öffnungen 24 und 26, die sich durch den unteren Endverschluß 14 erstiecken und eine Kommunikation von Ringraum 20 und so Arbeitsbereich 18 bewirken sollen.

In den Figuren 2 und 3 sind bevorzugte Ausführungsformen von Druckvertcilerventilen und Sammelventilen dargestellt. Die gestrichelten Linien 28 und 30 sind stellvertretend für geeignete Leitungen eingezeichnet, v. die da/u dienen, den Kessel 10 mit entweder dem Druckverteilervenlil 50 der Fig. 3 oder dem Sammelventil 32 der I- 1 g. 2 oder beiden /u verbinden. Der Kessel 10 kann /ur seihen /eil an beide Ventile angeschlossen sein, da eine der Öffnungen 16 oder 54 mi geschlossen und die andere gcuffnel sein kann.

Das Druckverleilerventil 50 (Fig,3) weist ein Ventilgehäuse oder einen Vcnlilkörper 52 mit einer sich darin in Längsrichtung erstreckenden Hauptdurchgangsbohrung 53 auf. Eine F.inlaßöffnung 54 mündet in oi den Mittelabschrtitt der Bohrung 53. Innerhalb der Bohrung 53 ist ein Schwimmkolben 55 verschiebbar angeordnet Der Kolben 35 weist einen zentralen und im Durchmesser gegen die Endabschnitte 57 und 58 verminderten Abschnitt 56 auf. Vorzugsweise besitzt die Bohrung 53 einen gleichmäßigen Durchmesser. Dar Durchmesser der Endabschnitte 57, 58 des Kolbens ist etwas geringer als der Durchmesser der Bohrung 53, d. h. der Durchmesser der Abschnitte 57,58 des Kolbens ist derart gestaltet, daß zwischen den Wänden der Abschnitte 57, 58 und dem Ventilkörper ringförmige Drosselstrecken bestimmt werden. Insbesondere sind diese Drosselstrecken so gestaltet, daß sie das Eintreten eines Druckabfalls sicherstellen, wenn ein Fluid durch das Ventil 50 strömt Gegensätzlich dazu ist der Durchmesser des Mittelabschnittes 56 des Kolbens 55 in so einer Weise gestaltet, daß kein wesentlicher Druckabfall erfolgt, wenn das Fluid in Axialrichtung des Mittelabschnitts 56 strömt

An den Außenenden des Ventilkörpers 52 befinden sich Kammern 60, 62 mit einem vergrößerten Durchmesser, die Verlängerungen der Bohrung 53 darstellen. Ausgänge 64, 66 schließen sich an die Kammern 60, 62 an. Wie durch die ' .strichelten Linien 70, 72 vorgeschlagen, sind die Ausginge 54, 66 über Leitungen an die Bohrungen 24, 26 des Kessels 10 angeschlossen. Durch diesen Anschluß kann der Kessel 10 durch das Druckverteilerventil 50 unter Druck gesetzt werden. Während der Kessel 10 unter Druck gesetzt wird, arbeitet das Verteilerventil 50 wie folgt: Der Druckmitteleingang 54 ist an eine nichtgezeichnete Hochdruckquelle angeschlossen. Wenn das unter Druck gesetzte Fluid durch den Eingang 54 ir die Bohrung 53 strömt, wird der Strom aufgeteilt und strömt nach außen gegen die Kammern 60, 62. Wie sich aus einer Betrachtung von Fig. 3 ergibt, erfolgt ein Druckabfall wenn das unter Druck gesetzte Fluid zwischen den Abschnitten 57 oder 58 des Kolbens und der Wand des Ventilkörpers strömt, da die Abschnitte 57 und 58 zusammen mit dem Ventilkörper strömungshindernde Ringräume, also Drosselstrecken, bilden. Der entstehende Druckabfall wird durch die Axiallänge jed;r der Drosselsirecken bestimmt, d. h. die Stellung des Kolbens 55 im Ventilkörper wird den Druckabfall jedes der be Jen Ströme bestimmen. Zusätzlich kann festgestellt werden, daß eine Verschiebung des Kolbens 55 innerhalb des Ventilkörpers einen der Druckabfälle · ergrößert. während der andere Druckabfall sich verringert. Nimmt man beispielsweise an, daß der Kolben 55 ursprünglich sich in der in F i g. 3 gezeigten mittleren Lage im Verteilerventil 50 befindet, und daß ein unter Druck stehendes Fluid nach außen gegen beide Kammern 60, 62 Fließt, dann wird der Druckabfall des gegen die Kammer 60 strömenden Fluids durch den Axialabstand C bestimmt. In ähnlicher Weise bestimmt der sich auf den Kolbenabschnitt 58 beziehende Axw-'abstand D den Druckabfall, der durch das vom Druckmitteleingang 54 gegen die Kammer 62 strömende Fluid bewirkt wvd.

Vorausgesetzt, daß der Druck in der Kammer 62 au⁽ eine Größe anwächst, die größer als der Druck in der Kammer 60 ist, wird aufgrund dieses Druckunterschie des auf den Kolben 55 eine Kraft ausgeübt, die den Kolben gegen die Kammer 60 bewegen wird. d. h. gegen die unter einem geringeren Druck stehende Klammer. Als Ergebnis dieser Verschiebung wird der Abstand C reduziert und wächst der Abstand D an. Daraus wiederum resultiert ein Anwachsen des durch den Fluidstrom gegen die Kammer 62 bewirkten Druckabfalls und eine Abnahme des durch den Fluidstrom gegen die Kammer 60 bewirkten Druckabfalles. Deshalb wird

der Druck in der Kammer 60 erhöht und der Druck in der Kammer 62 vermindert. Somit zeigte sich, daß das Ventil 50 selbsttätig arbeitet und automatisch die Drücke in den Kammern 60, 62 einstellt bis sie gleich groß sind. Da die Kammern 6Ö, 62 unmittelbar mit dem Ringraum 20 und dem Arbeitsbereich 18 des Kessels 10 in Verbindung stehen, wird es ersichtlich, daß das Ventil 50 während der Zeit, in der der Kessel 10 unter Druck gesetzt ist, eine Nuli-Differenz bezüglich des Druckes über den Mantel 16 aufrechterhält.

In F i g. 2 ist ein druckempfindliches Ventil dargestellt, das aus einem selbsttätigen Sammclventil 32 mit drei Öffnungen besteht Das Ventil 32 weist ein Ventilgehäuse oder einen Ventilkörper 34 mit einem darin verschiebbar angeordneten Schwimmkolben 35 auf. insbesondere beinhaltet der Ventilkörper 34 eine Ausgangsöffnung 36, die mit einer sich quer durch den Veniiikorper 34 erstreckenden Hauptdurchgangsbohrung 37 zusammenwirkt. In bevorzugter Weise besitzt die Bohrung 37 einen gleichmäßigen Durchmesser. Die Bohrung 37 endet an Anschlüssen 38,39. Der Kolben 35 weist einen etwas geringeren Durchmesser als der Bohrungsdurchmesser 37 auf und ist innerhalb der Bohrung 37 derart angeordnet, daß er unbehindert vorwärts und rückwärts gleiter kann. Insbesondere ist der Kolbendurchmesser so gewählt, daß ein strömungsbehindernder Ringraum, also eine Dr-nseMrecke. zwischen der Kolbenwand 35 und der Wand des Ventilkörpers 34, die die Bohrung 37 begrenzt, gebildet wird. Wie in Fig.2 dargestellt, besitzt der Kolben 35 eine gegenüber der axialen Länge der Bohrung 37 kleinere axiale Länge. Somit bilden die Enden des Kolbens 35 Kammern, wobei jede Kammer an einer Seite gegen jeweilig eine der Anschlüsse 38,39 offen ist.

Wenn der Druck des in F i g. 1 dargestellten Kessels 10 vermindert wird, werden die Bohrungen 24, 26 im Kessel 10 mit den Anschlüssen 38, 39 des Ventils 32. wie jeweils durch die gestrichelten Linien 74,76 angegeben, verbunden. Wenn der Anschluß gemäß den Linien 74,76 bewirkt ist. wird die Ausgangsöffnung 36 geöffnet. Daraufhin findet folgendes statt: Vorausgesetzt der Kolben 35 befindet sich ursprünglich in der Mitte der Bohrung 37 und der Druck im Arbeitsbereich 18 entspricht dem Druck im Ringraum 20. dann wird das druckbehaftete Fluid durch die Anschlüsse 38, 39 und zwischen dem Kolben und der Wand des Ventilkörpers strömen, d. h. das druckbehaftete Fluid wird durch die durch den Kolben Und den Ventilkörper gebildete Drosselstrecke strömen. Angenommen daß während der Druckverminderung der Druck im Ringraum 20 schneller fällt als der Druck im Arbeitsbereich 18, dann wird als Ergebnis davon der Druck am Anschluß 38 geringer sein als der Druck am Anschluß 39, Deshalb wird auf den Kolben 35 eine Kraft ausgeübt, die den Kolben 35 gegen den unter geringerem Drück stehenden Anschluß 38 bewegt. Als Ergebnis dieser

in Verschiebung nimmt die axiale Länge der Drossclstrckke zwischen Anschluß 38 und Ausgangsöffnung 36 zu. Gleichzeitig wird die axiale Länge des strömungsbchindcrnden Durchganges zwischen dem Anschluß 39 und der Ausgangsöffnung 36 reduziert. Deshalb erfährt das vom Anschluß 38 zur Ausgangsöffnung 36 strömende Fluid einen höheren Druckabfall wohingegen das vom Anschluß 39 r.ir Ausgangsöffnung 3b strömende Fluid einen geringeren Druckabfall erfährt. Als Ergebnis davon wird der Druck am Anschluß 39 verringert werden und der Druck am Anschluß 38 anwachsen, wodurch sich der Druck im Ringraum 20 und Arbeitsbereich 18 ausgleicht. Diese automatische Selbstregulierung des Kolbens 35 dauert während des Druckmindervorganges an, bis zwischen Ringraum 20 und Arbeitsbereich 18 sich ein gleich großer Druck einstellt.

Zusä^lich kann jedes Venli! verwendet werden, um gleiche Drücke über dem Mantel während eines heißisostatischen Preßvorganges aufrechtzuerhalten.

3« und zwar durch bloßes Schließen der Ausgangsöffnung 36 oder des Druckmitteleingangs 54. In einem derartigen Fall muß der Mantel 16 nicht mit Öffnungen versehen sein, und es kann dadurch dessen Festigkeit und Bruchwiderstand vergrößert werden.

Yi Obwohl das Sammelventil und das Druckverteilerventil als voneinander getrennt.? und auch vom Druckkessel, an dem sie angeschlossen sind, getrennte Ventile dargestellt worden sind, so können sie jedoch auch einstückiger Bestandteil des Kessels sein, beispielsweise können sie in einem der Endverschlüsse integriert sein.

Beispielsweise enthält ein Druckverteiler- oder Sammelventil nach Maßgabe der Erfindung einen Kolben mit einem Außendurchmesser von ungefähr 6,35 bis 50,8 mm. und die Dicke der strömungssteuernden Ringräume bewegt sich in einem Bereich von ungefähr 0,0508 bis 0.635 mm.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Isostatische Heißpresse, in deren Druckkessel ein den Arbeitsbereich umgebender wärmeisolierender Mantel eingesetzt ist, wobei zwischen einem vom Mantel und der Kesselinnenwand belassenen Ringraum und dem Arbeitsraum nur z. B. labyrinthartige oder stark gedrosselte Verbindungen für einen Druckmittelaustausch bestehen, mit einer in den Arbeitsbereich oder in den Ringraum mündenden Bohrung in einer Stirnseite des Druckkessels zum Anschluß einer Druckmittelleitung, gekennzeichnet durch eine zweite, unmittelbar auch in den anderen der beiden genannten Räume mündende Bohrung (24, 26) in der Stirnseite des Druckkessels, sowie ein Verteilerventil (50) mit einem Druckmitteleingang (54) und je einem gleichen Ausgang (64, 66) zum Anschluß an jede der beiden genannten Bohrungen (24, 26) des Druckkessels und einem dem Verteilerventil (50) parallelgeschalteten Sammelventil (32) mit ebenfalls zwei Anschlüssen (38,39) für das bei Druckentlastung aus dem Druckkessel zurückströmende Druckmittel und einer gemeinsamen Ventil-Ausgangsöffnung (36), welche beiden Ventile (32; 50) durch auf die jeweiligen Drücke an ihren beiden mit dem Druckkessel verbundenen Anschlüssen (38, 39; 64, 66) ansprechende Steuerorgane sich bei Druckmitteldurchfluß derart selbst regeln, daß auch während des raschen Füllens bzw. Entlastens des Druckkessels im Ringraum (20) und im Arbeitsbereich (18) stets dieselben Drücke herrschen.

2. Isostatische Presse nach \nspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß d^:e Steuerorgane in den Ventilen (32; 50) in deren Hauptr' .rchgangsbohrung (37, 53) im Druckmittelstrom schwimmende, zwischen ihrem Außenumfang und der Innenwand der Bohrung Drosselstrecken bildende schlanke Kolben (35; 55) sind, von denen derjenige (55) des Verteilerventils (50) in seinem mittleren, dem Druckmitteleingang zugewendeten Abschnitt (56) eine Durchmesserreduzierung aufweist.