-
Vorrichtung zum isostatischen Verdichten
-
von pulvrigen Materialien und dergl.
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum isostatischen
Verdichten von pulvrigen Materialien und dgl. nach dem Oberbegriff des Anspruches
1.
-
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung soll also pulvriges bzw.
-
fein pulvriges Material und/oder dergl. einem sehr hohen Druck ausgesetzt
werden, um das Material zu verdichten. Die Vorrichtung besitzt einen druckdichten
Behälter, der das Material während dessen Verdichten beherbergt bzw. vollständig
umgibt. Der Behälter wird von einem Mantel umgeben, der perforierte Wände besitzt
und oft als "Korb" bezeichnet wird, mit dem der Behälter in das Innere eines Druckgefäßes
eingesetzt und wieder herausgenommen werden kann. Das Druckgefäß schließt eine erste
Flüssigkeit ein, die den Behälter und den Korb umgibt und die durch eine Trennwand,
die als Membran wirkt, von ender zweiten Flüssigkeit getrennt ist. Wenn die letztgenannte
Flüssigkeit unter Druck gesetzt wird, wird der betreffende Druck über die Membran
auf die erste Flüssigkeit übertragen. Die Gründe dafür, weshalb zwei Flüssigkeiten
verwendet werden, sind weiter unten angeführt.
-
Bei einer ersten Art Vorrichtung zum Verdichten von Pulver unter hohem
Druck wird nur eine Flüssigkeit verwendet, die unmittelbar auf die Außenwand des
Pulverbehälters wirkt. Der letztere besteht
normal erweise aus Naturgummi,
da dessen Herstellungskosten dann wesentlich geringer sind als dies bei der Verwendung
von synthetischem Gummi der Fall wäre. Wenn die Flüssigkeit unter Druck gesetzt
wird, ist sie natürlich in Berührung mit beweglichen Teilen von Pumpen und Ventilen.
Da solche Teile, insbesondere die Pumpenlager geschmiert werden müssen, wäre eine
ideale Flüssigkeit ein Schmieröl. Da jedoch natürlicher Gummi gegenüber herkömmlichen
Schmierölen auf Mineralbasis nicht resistent ist, können solche Öle nicht verwendet
werden.
-
Statt dessen verwendet man Mischungen aus Wasser und Glycol, wobei
das Glycol für die Schmiereigenschaften sorgt. Man hat jedoch ziemlich bald festgestellt,
daß die Flüssigkeit, die mit der Außenwand des GummibehMlters in Berührung ist,
nicht auch das Pumpenmedium bilden muß, und zwar aus folgendem Grund. Wenn der Behälter
mit Pulver beschickt wird, wird die betreffende Arbeit im allgemeinen neben dem
Druckgefäß durchgeführt. Aus diesem Grunde und wenn die Außenwände des Gummibehä.lters
nach Beendigung des Beschickungsvorganges nicht sorgfältig gereinigt werden, kann
nicht vermieden werden, daß kleine Mengen Pulver die Flüssigkeit verschmutzen.
-
Das Vorhandensein selbst jedes sehr kleinen Anteils an Pulver in der
Flüssigkeit verringert jedoch sehr wesentlich die Lebensdauer-der Pumpen und der
Ventile, insbesondere dann, wenn, wie dies oft der Fall ist, das Pulver metallischer
Art ist. Die Pulverpartikel, die in der Flüssigkeit schwimmen, wirken dann als Abriebmittel
und unterwerfen die Pumpenlager, die Ventilsitze-usw. einer solch großen Abnützung,
daß die Lebensdauer dieser Bestandteile auf etwa 10% der normalen Werte reduziert
wird. Es ist leicht einsetzbar, daß die entsprechenden Reparaturarbeiten die Betriebskosten
der isostatischen Presse sehr erheblich anheben. Diese Umstände verzögerten lange
die Entwicklung auf diesem Gebiet.
-
Schließlich wurde jedoch eine Lösung dieser o.g. Problemegefunden.
Die Lösung bestand darin, zwei voneinander getrennte Flüssigkeiten zu verwenden.
Die eine Fl.ussigkeit, normalerweise
Wasser, umgibt den Gummibehälter,
während die zweite Flüssigkeit, ein Schmieröl, durch die Pumpen und Ventile zirkuliert.
-
Der Pumpendruck im Öl wird dann über eine Membran auf das Wasser übertragen.
Die dadurch erreichten Vorteile mußten jedoch auf Kosten eines anderen sehr wesentlichen
Nachteiles erkauft werden.
-
Aus Gründen der mechanischen Festigkeit kann der Gummibehälter das
Gewicht des Pulvers nicht aushalten, während er in die Flüssigkeit eingetaucht wird.
Dasselbe ist der Fall, wenn das fertig verdichtete Werkstück aus der isostatischen
Presse herausgehoben werden soll. Aus diesem Grunde war es notwendig, den Gummibehälter
mit dem o.g. Korb zu umgeben, der die mechnische Festigkeit liefert. Bei einigen
bekannten isostatischen Pressen ist der Korb einfach aus einem perforierten Rohr
mit einem Boden hergestellt. - Wenn das Pulver verdichtet wird, wird sein Volumen
um 30% bis 50% verringert. Dies bedeutet dementsprechend, daß die Membran, die das
Wasser vom Öl trennt, um ein beträchtliches Stück bzw. Abstand verschoben werden
muß. Während dieser Verschiebung darf jedoch die Membran, die in der Regel aus Gummi
besteht, nicht mit irgendwelchen metallischen Teilen der Vorrichtung in Berührung
kommen, da eine solche Berührung die Membran sofort zerstören würde. Dies würde
selbstverständlich wiederum bedeuten, daß die beiden eine Mischung bildenden Flüssigkeiten
oder anders ausgedrückt, daß die Nachteile, die von solchen Flüssigkeitsgemischen
herrühren und die weiter oben aufgeführt wurden, wieder auftreten würden. In diesem
Zusammenhang sei daran erinnert, daß die tatsächlichen Betriebsdrücke oftetwa in
der.
-
Höhe von 200 MPa sind. Man hat festgestellt, daß wenn eine Gummimembran,
die einem solchen Druck unterworfen wird, mit der Wand der o.g. perforierten Rohre
in Berührung kommen sollte, das Gummimaterial dann natürlich sofort gegenüber den
Perforierungen reissen würde.
-
Es bestehen zwei grundlegend verschiedene Methoden, um die Membran
zwischen den Flüssigkeiten dahingehend zu schützen, daß sie in Berührung mit den
metallischen Teilen kommen.
-
Gemäß dem ersten Prinzip ist die Membran horizontal ausgerichtet,
so daß sie eine Trennwand zwischen einer unteren Kammer, die das Pumpendl enthält,
und einer oberen Kammer bildet, die däs Wasser enthAlt,das den Korb und den Gummibehälter
umgibt. Bei einer solchen isostatischen Presse muß der vertikale Abstand zwischen
der Membran und dem Boden des Korbs folglich so groß sein, daß, wenn die Auslenkung
bzw. Durchbiegung der Membran ihren maximalen Wert erreicht hat, die Membran immer
noch berührungsfrei mit dem Korb gehalten wird. Die Anwendung dieses Grundprinzips
führt somit zu einer beträchtlichen Vergrdßerung der axialen Abmessung des Druckgefäßes
der Presse, was bedeutet, daß sich zumindest die Höhe der Gesamtvorrichtung ebenfalls
entsprechend vergrößert.
-
Gemäß dem anderen Grundprinzip umgibt die Membran den Korb stattdessen
rohrförmig, so daß das Wasser radial innerhalb der betreffenden Trennwand angeordnet
ist, während das Öl radial außerhalb dieser ist. Während diese Lösung ein Anwachsen
der vertikalen Abmessung des Druckgefäßes vermeidet, muß dessen Querschnitt beträchtlich
größer gemacht werden, um sicherzustellen, daß die Membran, wenn sie maximal deformiert
ist, mit dem Korb nicht in Berührung kommt.
-
Zusammengefaßt kann also festgestellt werden, daß bei beiden o.g,
Grundprinzipien die Abmessungen des Druckgefäßes verglichen mit denen einer Vorrichtung,
die nur mit einer einzigen Flüssigkeit arbeitet, größer werden Das Druckgefäß, das
normalerweise zylindrisch ist, besitzt dicke Wände, die aus Hochqualitätsstahl bestehen,
und ist an seinen beiden Enden durch massive Stahl-Abschlußteile verschlossen. Zusätzlich
ist das Gefäß im allgemeinen von einem Rahmen umgeben, der auf Zug vorgespannte
Stahlseile enthält. Es ist deshalb einsehbar, daß selbst ein
relativ
mäßiges Anwachsen der Abmessungen des Druckgefäßes eine erhebliche Anhebung der
Kosten für die Gesamtvorrichtung zur Folge hat.
-
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung zum
isostatischen Verdichten von pulvrigen Materialien und/oder dergl. der eingangs
genannten Art zu schaffen, bei der die Verwendung von zwei getrennten Flüssigkeitskammern
keine Erhöhung des Volumens des Druckgefäßes , verglichen mit dem eines Druckgefäßes,
das nur mit einer einzigen Flüssigkeit oder einem einzigen Flüssigkeitsgemisch arbeitet,
mit sich bringt.
-
Anders ausgedrückt, ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, zu
ermöglichen, zwei Bedingungen, die scheinbar unvereinbar sind, gleichzeitig zu erfüllen.
Die eine Bedingung besteht darin, daß die Vorrichtung zwei Kammern besitzen sollte,
so daß einerseits die Pumpe und die Ventile nur mit dem Schmieröl in Verbindung
stehen, und andererseits eine Verschmutzung der Flüssigkeit, die den Pulverbehälter
umgibt, keine nathteiligen Ergebnisse liefert, Die zweite Bedingung besteht darin,
daß das Vorhandensein einer Membran, die die beiden Flüssigkeitskammern trennt,
keine Vergrdßerung des Volumens des Druckgefäßes zur Folge haben soll.
-
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im Kennzeichen
des Anspruchs 1 gelöst.
-
Die Erfindung basiert also auf der Feststellung, daß es tatsächlich
möglich ist, diese beiden Bedingungen gleichzeitig zu erfüllen, nämlich dann, wenn
der Korb, der den Gummibehälter umgibt, welcher das Pulver beinhaltet, aus einem
Material besteht, das plastisch undloderzlastisch verformt werden kann.
-
Qie aus der unten stehenden Beschreibung ersichtlich, bedeutet dies,
daß die Gummimembran den Korb berühren und deformieren
kann, ohne
daß sie selbst beschädigt wird. Daß das Korbmaterial verformbar sein soll, bedeutet,
daß der Korb entweder aus einem leicht verformbaren Material bestehen oder aus kleinen
Stücken bzw. Teilen eines Materials zusammengesetzt sein sollte, die an sich ziemlich
resistent gegenüber einer Verformung sein können, die jedoch in der Weise untereinander
verbunden sind, daß während der Druckbehandlung die Innenwand des Korbs an der Außenwand
des Behälters anliegen kann.
-
Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sind der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiels näher beschrieben und erläutert wird. Es zeigen: Fig. 1 einenvertikalen
Schnitt durch eine bekannte isostatische Presse, wobei inFig. la die Ausgangsstellung,
d.h.
-
vor der Druckbeaufschlagung, und in Fig. lb die Stellung nach beendeter
Druckbehandlung dargestellt ist, und Fig. 2a und 2b Je einen vertikalen Schnitt
in je einer Betriebsstellung entsprechend den Fig.
-
la und lb, jedoch durch eine Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel
vorliegender Erfindung.
-
Mit der Bezugsziffer 1 ist das Druckgefäß bezeichnet, das aus einem
Zylinder besteht, der dicke Stahlwände besitzt und der an seinen beiden Enden durch
massive Abschlußteile 2 und 3 verschlossen ist. Wie oben erwähnt wurde, ist ein
solches
Druckgefäß normalerweise von einem Rahmen umgeben, der die
Reaktionskräfte absorbiert, die während der Druckbeaufschlagung erzeugt werden,
und der auf Zug vorgespannte Stahldrähte besitzt. Da jedoch ein solcher Rahmen keinen
Teil vorliegender Erfindung bildet, ist er in der Zeichnung auch nicht dargestellt.
Nahe dem bodenseitigen Abschlußteil 2 besitzt die Zylinderwand 1 eine Durchgangsbohrung
4, über die das Innere des Druckgefäßes mit einer nicht dargestellten Pumpe in Verbindung
gebracht werden kann, um das Druckgefäß unter Druck zu setzen. Der Pumpenkreis steht
über die Durchgangsbohrung 4 mit Einer äußeren Druckkammer mt ringförmigem Querschnitt
in Verbindung, die die Flüssigkeit 5 beherbergt. Diese Kammer ist durch die innenwand
des Druckgefäßes 1 und durch die Außenwand einer rohrförmigen Gummimembran 6 begrenzt,
die sich in vertikaler Richtung zwischen den beiden Enden des Druckgefäßes erstreckt.
Die FlUssigkeit5kann als ein erstes Druckerzeugungsmittel betrachtet werden.
-
Der Raum radial innerhalb der Trennwand 6 bildet eine zweite oder
innere Druckkammer, die ein zweites Druckerzeugungsmittel 7 enthält, das ebenfalls
eine Flüssigkeit ist. Die beiden Flüssigkeiten 5 und 7 sind, was die Berührung anbetrifft,
voneinander isoliert, sie sind jedoch, was die Druckübertragung anbetrifft, scheinbar
eine integrale bzw. einheitliche Flüssigkeit, da durch die Membran 6 eine Druckangleichung
stattfindet. In die Flüssigkeit 7 ist der Korb 8 eingetaucht, der einen vollständig
abgeschlossenen Gummibehälter 9 einschließt, der wiederum das Pulver 10 beherbergt
bzw. enthält, das während des Druckvorganges bzw. der Druckbeaufschlagung verdichtet
werden soll, Die obige Beschreibung dieser konstruktiven Eigenschaften des Druckgefäßes
betrifft sowohl die in Fig. 1 dargestellte bekannte Vorrichtung,als auch die in
Fig. 2 dargestellte Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung. Die Unterschiede
zwischen dem Stand der Technik unter erfindungsgemäßen Vorrichtung liegen in Folgendem.
-
Bei der bekannten Vorrichtung besteht der Korb 8 aus einem relativ
schweren maiven Metallrohr, dessen Wand eine Vielzahl von Durchgangsbohrungen 11
besitzt. Wie oben erläutert wurde, bedeutet dies, daß die Gummimembran 6 außer der
Berührung mit der Außenwand des Korbs gehalten werden muß. Aus diesem Grunde ist
die Membran in ihrer Ausgangstellung gemäß Fig.la in solch einem großen radialen
Abstand vom Korb 8 angeordnet, daß sie auch bei vollendeter Verdichtung der Ladung
bzw.
-
Charge 10 im Korb, durch die die Charge zu einem integralen, festen,
stabförmigen Körper 10a umgeformt wird, außer Kontakt mit dem Korb bleibt. Dies
bedeutet, daß der Innendurchmesser des Druckgefäßes so groß gewählt werden muß,
daß ein ausreichender Raumvorhanden ist, damit sich die Membran radial nach innen
durchbiegen kann ohne das Rohr8 zu berühren. Wie bereits oben erwähnt und wie unmittelbar
aus der Zeichnung ersichtlich, bedeutet dieses Erfordernis, daß sich der gesamte
Querschnitt des Druckgefäßes vergrößert, daß die Wand des Zylinders 1 dicker sein
muß und daR auch die Abschlußteile 2 und 3 größer und dicker sein müssen, is wenn
dieses Erfordernis nicht erfüllt werden müßte.
-
Im Gegensatz dazu ist bei der in den Fig. 2a und 2b dargestellten
erfindungsgemäßen Vorrichtung die Gummimembran 6 bereits in der Ausgangsstellung
nahe an der Außenwand des Korbes 8. Wenn das Pulvermaterial 10 zu einem stabförmigen,
integralen Körper lOa verdichtet wird, wird der Korb 8 leicht
verformt
und nimmt an der nach einwärts gerichteten Bewegung des Pulvermaterials teil, so
daß seine Innenseite mit der Außenseite des Gummibehälters 9 ständig in Berührung
ist. Gemäß dem hier dargestellten Ausführungsbeipsiel vorliegender Erfindung besitzt
die Wand des Korbes 8 eine geflochtene Struktur. Dank dieser Ausbildung kann man
zulassen, daR die Membran den Korb 8 berührt, weil der letztere während des Druckerzeugungsvorganges
so deformiert wird, daß keinerlei Reaktionskräfte erzeugt werden, die ein Zerreißen
bzw. Zerstören der Membran bewirken könnten.
-
Für den Betrieb vorliegender Erfindung kann man grundsätzlich zwischen
zwei verschiedenen Arten wählen, den Korb 8 verformbar zu gestalten. Die erste Alternative
besteht darin, den Korb aus einem Material herzustellen, das an sich verformbar
ist. Die zweite Möglichkeit besteht darin, einen Kbrb zu verwenden, der aus einer
Vielzahl von Einzelteilen besteht, die aus einem festen bzw.
-
steifen Material bestehen können, die jedoch derart miteinander verbunden
sind, daß die Deformation des Korbes als ganzem trotzdem stattfinden kann. Körbe
gemäß der zweiten genannten Art können beispielsweise aus Gewebe, weichen synthetischen
Kunststoffmaterialien, Drähten, Ketten oder dergl. bestehen, Der Hauptvorteil bei
der Verwendung eines verformbaren Korbes besteht darin, daß die Gefahr vermieden
ist, daß die Gummiwand 6 durch die Berührung mit dem Korb zerstört wird. Dies wiederum
bedeutet, daß es nicht mehr mtwendig ist, einen solch großen radialen Abstand zwischen
der Trennwand 6 und dem Korb 8 vorzusehen, daß sich die Trennwand nach innen ausbeulen
kann, ohne den Korb zu berühren.
-
Die praktische Tragweite dieses Unterschiedes wird aus dem Vergleich
der Fig. 1 und 2 ersichtlich. Man sieht sofort,
daß es die Erfindung
ermöglicht, die Abmessungen des Druckgefäßes in radialer Richtung zu verkleinern
und dementsprechend auch die Herstellungskosten zu verringern.
-
Patentansprüche: