DE3236680A1 - Isostatische heisspressvorrichtung - Google Patents

Description

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf isostatische Heißpressen und im einzelnen auf eine isostatische Heißpreßvorrichtung, die einen kompakten Aufbau hat und den isostatischen Heißpreßvorgang in einer wirkungsvollen und sicheren Weise durchführen kann.

Das isostatische Heißpressen (hot isostatic pressing, nachfolgend vereinfacht auch als 'HIP' bezeichnet) ist in der Technik als eine Technologie bekannt, mittels derer das Formen und Sintern eines Pulvermaterials gleichzeitig in einer Hochdruck- und Hochtemperatur-Gasatmosphäre in einer solchen Weise durchgeführt werden kann, daß ein. Vergröbern von Kristallkörnchen aufgrund übermäßigen Wachstums vermieden wird, um hierdurch Produkte von Feinstruktur zu erzielen.

Bei der HIP Vorrichtung besteht die Notwendigkeit für ein Beladen eines Werkstück-Materials oder -Produkts (nachfolgend zur Verkürzung als 'Werkstück' bezeichnet) in einen und aus einem Behälter in jedem Betriebszyklus _r_ gewöhnlich mittels der in den Figuren la bis 1d und Figur 2 dargestellten Prozeduren.

In den Figuren 1a bis 1d ist ein Hochdruck-Behälter 1 mit einem oberen Absperrorgan 2 und einem unteren Absperrorgan 3 versehen, das an einem Hubglied 6 angebracht 1st. Ein auf dem unteren Absperrorgan 3 angeordnetes Werkstück 9 wird in den Behälter 1 geladen und aus diesem entnommen. Der Behälter 1 ist im Inneren mit einem Wärmeisolator 4 und einem Heizer (nicht dargestellt) versehen. Das Be- und Entladen erfolgt durch aufwärts und abwärts gerichtete Bewegungen des Hubgliedes 6 längs Ständern 8„ Nach den in den Figuren la bis 1c dargestellten Vorbereitungsschritten wird der Behälter 1 durch die oberen und unteren Absperrorgane 2, 3 in einem zentralen offenen Raum 5A eines rechtwinkligen Halterahmens 5 aufgenommen und erfaßt, der auf einem Wagen 10 angebracht ist, welcher auf und längs Schienen 7 bewegbar ist. Hierbei werden die oberen und unteren Enden des Behälters durch den Rahmen 5 gegen die aufwärts und abwärts gerichte-

ten Kräfte geschlossen/ welche während der isostatischen Heißpreß- bzw. ΉΙΡ-Behandlung bei hohem Druck und hoher Temperatur auf die oberen und unteren Absperrorgane einwirken. Nach einer vorbestimmten Zeitperiode der H-IP-Behandlung wird der Wagen 10 von dem Behälter 1 weggefahren/ um das Produkt von unten herauszunehmen .

In Figur 2 ist eine HIP-Vorrichtung dargestellt, bei der die oberen und unteren Enden eines Behälters 11, der auf einem Stützrahmen 16 angebracht ist, mittels oberer und unterer Absperrorgane 12 und 14 über Dichtungsblöcke 12A und 13 hermetisch verschlossen sind, um ein Werkstück unter einer Hochtemperatur- und Hochdruck-Bedingung in dem Behälter 11 mittels eines Wärmeisolators 15 und mittels Wärme- bzw. Heizelementen 11A zu behandeln. In diesem Fall wird zum Beladen und Entladen des Werkstücks der Halterahmen 5 auf einem Wagen 17 rückwärts und vorwärts bewegt, und zwar mittels teleskopischer bzw. hin- und hergehender Bewegungen einer Kolben-Zylinder-Einheit 18, so daß ein Beladen oder Entladen.des Werkstücks von unten möglich ist. In Figur 2 sind bei 19 ein Schieber-Wagen, bei 20 ein Schieber und bei 21 Schienen für den Schieber-Wagen 19 dargestellt.

Bei der in den Figuren 1 und 2 dargestellten herkömmlichen HIP-Vorrichtung wird der Halterahmen 5, der die aufwärts und abwärts gerichteten Kräfte trägt bzw. aufnimmt, zum Zeitpunkt des Beladens und Entladens des Werkstücks zu und von dem Behälter überführt, so daß die HIP-Vorrichtung" als Ganzes ein übermäßig großes Gewicht hat und einen großen Bodenraum bzw. einen großen Platz für die Installation, benötigt. Zusätzlich besteht das Problem einer kleinen Produktivität infolge einer langen Zykluszeit, dea. HIP-Betriebsvorgangs.

Ferner ist die HIP-Vorrichtung, die ein Ultrahochdruck-Gas von etwa 2000 kp/cm² benutzt, zum Schutz vor möglichen Unfällen gewöhnlich mit einer umgebenden Trennwand versehen. In diesem Zusammenhang ist es für die Hersteller von' HIP-Vorrichtungen üblich, diese separat von der schützenden Trennwand auszubil-

den, so daß das Problem des Aufbaues der schützenden Trennwände in die Hände der Benutzer gelegt wird. Die Fabrikation der schützenden Trennwand, die strengen.Normen unterliegt, stellte jedoch eine große ökonomische und geistige Belastung für die •Benutzer dar, die in dieser Technik oder in Verhandlungen mit den für die Genehmigung zuständigen überwachungsorganen unerfahren sind.

Die vorliegende Erfindung soll die oben erwähnten Nachteile oder Probleme herkömmlicher Vorrichtungen vermeiden und hat als Ziel die Ausbildung einer HIP-Vorrichtung mit einem kompakten Aufbau, bei dem die Anzahl, von Komponententeilen und die Zykluszeit des HIPHBetriebsvorgangs reduziert werden· können.

Ein spezielleres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer HIP-Vorrichtung, die eine integrierte schützende Trennwand enthält, an der zumindest ein Behälter oder ein Halterahmen für den Behälter über ein Stützglied angebracht ist. -

Ein anderes Ziel der- vorliegenden Erfindung besteht in der Schaffung einer HIP-Vorrichtung mit einem Behälter-Halterahmen, der an seiner einen Seite an einem stationären Gebilde angelenkt ist, und zwar für Schwenkbewegungen zu und von einem Behälter. .·

Zur Lösung der gestellten Aufgabe zeichnet sich eine isostatische Heißpreßvorrichtung erfindurigsgemäß durch die im Kennzeichen von Anspruch 1 aufgeführten. Merkmale aus. Weitere Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist das stationäre Gebilde eine schützende Trennwand, die die HIP-Vorrichtung umgibt, und der Behälter-Halterahmen ist an seiner einen Seite an der Innenseite der schützenden Trennwand schwenkbar abgestützt, und zwar für Schwehkbewegungen zu und von einem Behälter, der in ähnlicher Weise über ein geeignetes Stützglied an der schützenden Trennwand angebracht ist.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der. Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zeichnerisch dargestellter bevorzugter Ausführungsbeispiele. Es zeigen:

Figuren 1a bis 1d - in schematischen Seitenansichten eine herkömmliche HIP-Vorrichtung in verschiedenen Betriebsphasen,

Figur 2 - in einer schematischen perspektivischen Ansicht den allgemeinen Aufbau derselben HIP-Vorrichtung teilweise im Schnitt,

Figuren 3a bis 3c - in schematischen Draufsichten eine kleine HIP-Vorrichtung nach der vorliegenden·Erfindung,

Figur 4 - in einer schematischen perspektivischen Ansicht den allgemeinen Aufbau der kleinen HIP-Vorrichtung teilweise im Schnitt,

Figuren 5a und 5b - in fragmentarischen perspektivischen Ansichten mittelgroße und große HIP-Vorrichtungen nach der vorliegenden Erfindung,

Figuren 6a und 6b - in einer Draufsicht und einer Frontansicht eine andere Ausführungsform der Erfindung,

Figuren 7a und 7b - Ansichten, ähnlich denjenigen der Figuren 6a und 6b, einer anderen Ausführungsform der Erfindung, . ■ "

Figur 8a - in einer Frontansicht eine weitere Äusführungsform der Erfindung,

Figuren 8b und 8c - in Draufsichten die HIP-Vorrichtung aus

Figur 8a, wobei schützende Trennwände verschiedener" ■ Formen angewendet werden₇

Figur 9a - in einer Frontansicht eine v/eitere Äusführungsform der Erfindung und

Figuren 9b und 9c - in Draufsichten die HIP-Vorrichtung aus

Figur 9a .unter Anwendung, von schützenden Trennwänden . verschiedener Formen. ·

In den Figuren 3ä bis 3c ist eine kleine isostatische Heißpreßoder HIP-Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung dargestellt. Hierbei ist eine Grundplatte 33Λ an einer Seite einer aufrechten Seitenwand eines Plattenkörpers 33 festgelegt, an dem Druckmesser

34 , ein Kompressor 35, automatische Ventile 36, Anzeigelampen 37, manuelle Ventile 38, Druckschalter 39 usw. angebracht sind. Gelenkglieder 24 sind in oberen und unteren Positionen an einer Seite der Grundplatte 33A fixiert.

Ein Behälter^Halterahmen 22 hat einen zentralen, rechtwinkligen, offenen Raum 22A für ein darin lösbar erfolgendes Halten eines Behälters 25, Im einzelnen sind Gelenkglieder 23, die in oberen und unteren Abschnitten an einer Seite des Rahmens 22 vorgesehen sind, an den oberen und unteren Gelenkgliedern 24 der Grundplatte 33A angelenkt, um so. jeweils eine Schwenkverbi ndung P zu bilden und Schwenkbewegungen des Rahmens 22 um eine vertikale Achse zu ermöglichen. Bei dem dargestellten bestimmten Beispiel kommt der Rahmen 22 mit den oberen und unteren Enden des Behälters 25 in lösbaren Eingriff. - ·

per Behälter 25 ist an der Grundplatte 33A: über einen Arm 32 •fest angebracht und im Inneren mit einem Wärme isolator 2 G sowie einem Heizer 31 versehen. Die oberen und unteren Enden des Behälters 25 sind durch obere und untere Absperrorgane 27 und 28 hermetisch verschlossen. Die äußeren Endflächen bzw. Stirnseiten der oberen und unteren Absperrorgane 27 und 28 befinden sich in lösbarem Eingriff mit oberen und unteren "Platten 29 und 30 _s die an dem Rahmen 22 unter, vertikalem Abstand über den offenen Raum des Rahmens 22 angebracht sind, um hierdurch die aufwärts und. · abwärts erfolgenden Kräfte während des isostatischen Heißpreß-•Vorgangs aufzunehmen.

Eine schützende Trennwand 40 ist an einem Ende durch Gelenke 4OA an der Grundplatte 33A angelenkt und umgeht den gesamten isostatischen Heißpreßaufbau einschließlich des Rahmens 22.

Figur 4 zeigt in einer perspektivischen Ansicht ein Werkstück 41, welches der isostatischen, Heißpreßbehandlung unter HochtemperaturV und Hochdruck-Bedingung in dem Behälter 25 der oben beschriebenen isostatischen Heißpreßvorrichtung unterworfen wird. Das Werkstück 41 wird durch Abziehen und Einsetzen des unteren Absperrorgans 28 von unten in den Behälter 25 eingebracht.

Pie Figuren 5a und 5b zeigen-eine mittelgroße und eine große isostatisch© Heißpreßvorrichtung nach der vorliegenden Erfindung, die sich von der AusfÜhrungsform der Figuren 3 und 4 insoweit

' unterscheidet/ als der isostatische Heißpreßaufbau an einer von der Steuertafel separaten Trennwand angebracht ist. Im einzelnen enthält ein Behälter 43 obere sowie untere Absperrorgane 44, 45 \ιηά, was nicht dargestellt ist, einen Wärme isolator sowie einen Heizer, die ähnlich wie bei der vorhergehenden AusfÜhrungsform im Inneren: vorgesehen sind. Der Behälter 43 ist über einen Arm 51 an einer Trennwand 53 angebracht. Ein Halterahmen 52/ der den Behälter 43 über obere sowie untere Platten 46/ 47 in lösbarer Weise hält/ ist an einer Seite an der Trennwand 53 über Gelenkglieder 48f 48¹· angelenkt·.-Diese sind in oberen und unteren Abschnitten des Rahmens 42 fixiert und treten mit gegenüberliegenden Geslenkejldedern 49* 49' an der Trennwand in Eingriff, um Sehwenkverbindungen P zu bilden/ die Schwenkbewegungen des Rah-

' jnens .4.2 um eine vertikale Achse ermöglichen. Durch die Schwenkbewegung um die vertikale Achse der Schwenkverbindungen P kann der Rahmen .42 2U und von der Trennwand 53 gedreht bzw. geschwenkt worden, um in dem rechtwinkligen offenen Raum 42A an seinem Zentrum den Behälter 43 in lösbarer Weise aufzunehmen. Um gleichmäßige und leichte Schwenkbewegungen des Rahmens 42 sicherzustellen und um sein Positionieren in bezug auf den Behälter zu erleichtern/ ist der Rahmen mit einem Rad 50 versehen, das auf

und längs einer Führungsschiene 52 lauft.

;ϊη den Figuren 6a und 6b' ist eine weitere Ausführungsform der yorliegende» Erfindung dargestellt/ bei der der Hochdruck-Behül-

I fcer 60 in ähnlicher Weise an einer schützenden Trennwand 62 über ein {Sitzglied 61 angebracht ist. Der Behälter ist im Inneren mit einem Wärmeisolator sowie einem Heizer versehen. Die offenen, oberen und unteren Enden des Behälters . sind in derselben Weise wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen durch abnehmbare ©bore und untere Absperrorgane hermetisch abgedichtet.

Der nalteratimen 63, dor die axialen Kräfte des Behälters 60 hält, ist in ähnlicher Weise an einer Seite an der schützenden Trennwand 22 durch obere und untere Gelenkglieder 64 angelenkt.,

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um Schwenkbewegungen des Rahmens 63 zu und von dem Behälter 60 zu ermöglichen, wie es in Figur 2(1) durch Pfeile dargestellt ist.

Die Bezugszahl 65 bezeichnet einen Kompressor, der als ©in Ultrahochdrucfc-Gasgenerator dient, der innerhalb der umsehli©asenden schiätzenden Trennwand 62 angeordnet ist. Bei dieser sp©·= ziellen Ausführungsform ist die Trennwand 62 in einer im wesentlichen rechtwinkligen Forin ausgebildet, die die Hauptkomponen·*' tenteile der isostatischen. Hei ßpreßvorr ichtuncj einschließlich des Behälters 60 umgibt und die isos ta tische Weißprcißvorräohtung von einem Raum abtrennt, der füa: die B©triebKötouer-uii<j erforderlich ist, wobei eine Sicherheitsdistanz von ,der Vorrichtung entsprechend der Größe der Energie in dem Behälter aufrecht erhalten wird. Die schützende Trennwand 62 erstreckt sich auf einem Grundrahmen 66, und außerhalb der Trennwand 62 ist ein Bedienungspult 67 angeordnet, das eine Tafel bzw. Platte 68, einen Rekorder 69, Strommesser 70, Druckmesser 71, manuelle Ventile 72 und dergleichen enthält.. Bei 73 ist ein Ventilgerüst dargestellt, und eine Tür 74 ist in der schützendem Trennwand vorgesehen,

In den Figuren 7a und 7b ist eine weitere Ausführung.^ form der Erfindung dargestellt, die derjenigen der vorhergehenden Äusfüh-* rungsform mit der Ausnahme entspricht, daß die schützende Trennwand eine kreisrunde Form hat. Hierbei sind ähnliche"Komponenten teile mit ähnlichen Bezugszeichen belegt. ■

Die FigurenjSa bis 8c und 9a bis 9c zeigen weitere Ausführungsformen einer isostatischen. He i ßpreßvorr ich tung nach der vorliegen·» den Erfindung mit einem hin- und hergehenden Rahmen. Im einzelnen ist bei der Ausführungsfqrm aus Figur 8a der Behälter 60 an einer schützenden Trennwand 62 über einen transversalen Rahmen gehalten, nämlich einen Rahmen 61, der an seinen entgegengesetzten Enden an der schützenden Wand 62 abgestützt ist. Der Haite» rahmen 63 ist auf einem fahrbaren bzw. mit Rollen versehenen Sockel 75-abgestützt, der auf und längs Führungsschienen 76 hi»~ und hergehend bewegbar ist. Die Figuren Bb und 8c sind Beispiel©,

die denselben Aufbau der Komponententeile in entsprechend kreisrunden und quadratischen schützenden Wandungen anwenden.

Die in Figur 9 dargestellte Ausführungsform besitzt einen hin- und hergehenden Rahmen in Verbindung mit einem Behälter 60, der an der schützenden Wand über einen freitragenden Arm 61 angebracht ist. Die Figuren 9b und 9c zeigen Beispiele mit kreisrunden und quadratischen schützenden Trennwänden 62, in denen die Komponenten, welche denjenigen aus den Figuren 8a bis 8c entsprechen, mit ähnlichen Bezugszeichen belegt sind.

Wie es klar aus der vorstehenden Beschreibung ersichtlich ist, beruht ein Merkmal der erfindungsgemäßen isostatischen Heißpreßvorrichtung darauf, daß eine Seite des Halterahmens 22 oder 42 mit einem stationären Aufbau, wie der Grundplatte 33A oder der Trennwand 53, schwenkbar verbunden ist, und zwar für Schwenkbewegungen in Richtung zu und..von dem Behälter. Dadurch wird es möglich, den Wagen für den Halterahmen zu eliminieren und den Aufbau in ökonomischer Weise zu. vereinfachen, und zwar durch das. Verwenden von Armen., einer Schienenab Stützung und eines Schiebers reduzierten Gewichts, gekoppelt mit der Reduzierung der Anzahl von Komponententeilen und der Verbesserung der Dauerhaftigkeit. Zusätzlich hat die erfindungsgemäße Vorrichtung bedeutende vorteile insoweit, als die Produktivität durch das Vereinfachen des isostatischen Heißpreßzyklus bedeutend begünstigt v/erden kann, und die Bedürfnisse des Verwenders sind preiswerter zu. erfüllen.

Während der Behälter so dargestellt .ist, daß seine oberen und unteren offenen Enden durch die oberen und unteren Absperrorgane hermetisch, verschlossen sind, kann auch ein Behälter angewendet werden, der nur.an einem Ende "eine Öffnung mit einem abnehmbaren Verschluß (beispielsweise ein Absperrorgan wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen) hat, um,über diese Öffnung ein Beladen und Entladen von Werkstücken vorzunehmen.

Bei den Ausführungsformen ist der Halterahmen und/oder der Behälter an der schützenden Trennwand über eine Leistenstütze oder

Gelenkglieder angebracht. Das oder die Hauptkomponententeile der HlP-Vorrichtung werden mit der schützenden Trennwand 62 zusammenhängend ausgebildet. Die HIP-Vorrichtung enthält damit eine schützende Trennwand als wesentlichen Bestandteil, und
zwar mit einer geeigneten Präzision in .Übereinstimmung mit . strengen .Sicherheitsnormen für IJoehdruckeinlagen.

BAD ORIGINAL

Leerseite

Claims (1)

1. G 53584 -su . .:.-...^:* :;Λ ' [ ~ 3236680

   KOBE STEEL, LTD., 3-18, Wakinohama-cho, 1-chome, Chuo-ku, KOBE, 651, Japan

   Isostatische Heißpreßvorrichtung

   Patentansprüche

   1. Isostatische Heißpreßvorrichtung, gekennzeichnet durch einen Hochdruck-Behälter {25, 43, 60), der zumindest an eiiiem Ende eine öffnung zum Beladen sowie Entladen eines Werkstücks haL und im Inneren mit einem Wärmeisolator sowie einem Heizer versehen ist, und durch einen Behälter-Halterahrnen (22, 42, 63), der im wesentlichen an seinem Zentrum einen offenen Raum zum lösbaren Halten der oberen und unteren Enden des Behälters in der isostatischen Heißpreßstufe des Betriebsvorgangs hat, wobei der Behälter-Halterahmen an seiner einen Seite an einem stationären Gebilde für Schwenkbowegungen zu und von dem Behälter schwenkbar abgestützt ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gebilde eine aufrechte Grundplatte (33A) ist, die den Hochdruck-Behälter an einer Seite hiervon über ein Stützglied hält.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundplatte an einer Seite eines Steuerpults für die isostatische Heißpreßvorrichturig fixiert ist.

   4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter-Halterahmen an seiner Unterseite mit einem Rad (50). versehen ist, das auf und längs einer Schiene (7, 21/. 52'j 76) laufen kann, welche die Schwenkbewegung des Halterahmens in bezug auf den Behälter abgrenzt.

   -5. Vorrichtung nach Anspruch 1., dadurch gekennzeichnet, daß das stationäre Gebilde eine schützende Trennwand (40, 53, 62) ist,

   die die hauptsächlichen Betriebskomponenten der isostatischen HeißpreßVorrichtung umschließt.

   6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter-Halterahmen auf einem fahrbaren Sockel (75) abgestützt ist, der längs einer Schiene (76) bewegbar ist, welche die Bewegungen des Rahmens in. bezug auf den Behälter abgrenzt.

   7. Isostatische Heißpreßvorrichtung/ gekennzeichnet durch einen Hochdruck-Behälter., der an zumindest einem Ende eine Öffnung zum Beladen und Entladen eines Werkstücks hat und der im Inneren mit einem Wärmeisolator und einem Heizer versehen ist, und durch einen Behälter-Halterahmen, der im wesentlichen an seinem Zentrum einen offenen Raum zum lösbaren Halten der
   oberen und unteren Enden des Behälters in der isostatischen
   Heißpreßstufe des Betriebsvorgangs hat/ wobei der Hochdruck-Behälter über Mittel zum Anbringen desselben an einer schützenden Trennwand angebracht ist, so daß die isostatische
   Heißpreßvorrichturig strenge Sicherheitsmaßstäbe für Hochdruck-Anlagen erfüllen kann.