DE69915321T2 - Vorrichtung und verfahren für eine hochdruckpresse - Google Patents

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Description

  • TECHNISCHER BEREICH
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verwendung in Verbindung mit Hochdruckpressen auf den Gebieten des isostatischen Pressens und der Hochdruckbehandlung von Substanzen. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Art von Verschleißfutter zur Verwendung bei Hochdruckpressen und ein Verfahren zum Einbauen und Austauschen des Verschleißfutters.
  • HINTERGRUNDTECHNIK
  • Für einige Zeit wurde neuerdings die Hochdruckbehandlung als Verfahren zum Inaktivieren von Mikroorganismen und gewissen Enzymen in Nahrungsmitteln oder anderen Lebensmitteln verwendet. Ein entscheidender Faktor zur Erzielung eines guten Ergebnisses aus einer Hochdruckbehandlung besteht darin, dass der Druck ausreichend hoch ist. Während der Behandlung von Lebensmitteln wird der Druck für gewöhnlich auf einen Druck zwischen 1000–15000 bar festgesetzt. Innerhalb dieser Pressen wird der hohe Arbeitsdruck innerhalb des innersten Zylinders, der Druckkammer, erzeugt, die auch als inneres Futter beschrieben wird. Bei derartigen hohen Drücken ist das innere Futter einer sehr hohen Ermüdungsspannung unterworfen. Nach einiger Betriebszeit entsteht unvermeidlich ein Futterdefekt. Somit wird das innere Futter für gewöhnlich als austauschbares Verschleißfutter ausgelegt und hergestellt. Zur Vermeidung eines Futterdefekts wird das Verschleißfutter regelmäßig lange vor der geschätzten Lebensdauer ausgewechselt. Solche Futter sind teuer und folglich wirtschaftlich unvorteilhaft. Ferner stellt jeder Verschleißfutteraustausch einen zeitraubenden und kostspieligen Vorgang dar. PCT/SE95/000153 (W095/21690) beschreibt eine besondere Art von Verschleißfutter, das in einer Hochdruckpresse vom vorgespannten Drahtwickeltyp (wire-wound) eingebaut ist.
  • Verschleißfutter müssen aufgrund von Verschleiß oder Bruch ausgetauscht werden. Der Austauschvorgang umfasst einen Entfernungsschritt, bei dem das Verschleißfutter entfernt wird, und einen Einsetzschritt, bei dem ein neues Verschleißfutter angebracht wird. Zum Entfernen eines abgenutzten Verschleißfutters bei beispielsweise einer Drahtwi ckelpresse der in PCT/SE95/000153 beschriebenen Bauart wird der Kolbenteil des Innendruckverstärkers der Presse mit speziell angepassten Werkzeugen so angeordnet, dass Druck auf den Futterhalter und das Verschleißfutter wirken kann. Druck aus dem Innendruckverstärker wird auf den Futterhalter und das Verschleißfutter ausgeübt, wobei diese gemeinsam unter Druck aus der zylindrischen Druckkammer herausgetrieben werden. Ein neues Verschleißfutter wird innerhalb eines Futterhalters positioniert und in die zylindrische Druckkammer der Presse durch den Innendruckverstärker eingetrieben, der mit Spezialwerkzeugen kombiniert ist. Bei der in PCT/SE95/000153 beschriebenen Drahtwickelpresse sind das Innere der zylindrischen Druckkammer und das Äußere des Futterhalters in ihrer zylindrischen Form geringfügig konisch, was in 1 als Stand der Technik schematisch gezeigt ist. Das Innere des Futterhalters ist zylindrisch. Das Verschleißfutter wird mit Schrumpfsitz in den Futterhalter eingesetzt. Wenn der Futterhalter zusammen mit dem darin innen angeordneten Verschleißfutter in die zylindrische Druckkammer der Presse eingetrieben wird, werden sie zusammengedrückt und hierdurch radial vorgespannt, um den hohen Drücken im Gebrauch zu widerstehen.
  • Wie oben festgestellt, kann nach einer gewissen Betriebszeit ein Futterdefekt auftreten. Ein Merkmal des in PCT/SE95/000153 beschriebenen Verschleißfutters besteht darin, dass es ein sehr dünnwandiger Zylinder ist. Dieser ist so gebaut, dass im Fall eines Futterbruchs die zusätzliche Kraft klein ist, die den Pressenrahmen überlasten könnte. Diese Kraft ist proportional zum Querschnitt des Verschleißfutters. Dies bedeutet, dass die durch den Bruch bedingte zusätzliche Kraft sicher auf den Innenraum der Presse beschränkt werden kann und eine teure oder gefährliche Beschädigung der Presse oder deren Umgebung vermieden wird.
  • Ein weiteres Merkmal des in PCT/SE95/000153 beschriebenen Verschleißfutters besteht darin, dass es ein Mittel auf der Außenseite des Verschleißfutters hat, zum Beispiel eine Spiralnut, die über die gesamte Länge der Außenfläche des Verschleißfutter geschnitten ist. Wenn somit ein Verschleißfutter im Betrieb zerbersten oder zersplittern sollte, würde dann unter Druck stehendes Druckmittel der Hochdruckkammer aus dem Verschleißfutter austreten. Das ausgetretene Druckmittel wird über eine Nut oder ein anderes Mittel in der Außenumfangsfläche des Verschleißfutters zur Außenseite der Presse geleitet. Dies zeigt an, dass im Verschleißfutter ein Zerbersten oder Zersplittern stattgefunden hat, und dass eine geeignete Maßnahme unternommen und das Verschleißfutter ausgetauscht werden muss.
  • Ein Nachteil bei dem in PCT/SE95/000153 beschriebenen Verschleißfutter besteht darin, dass es innerhalb eines Verschleißfutterhalters montiert werden muss. Letzterer ist ein Zylinder mit konischer Außenfläche, der teuer in der Herstellung ist. Sein Gebrauch ist auf Pressen mit einem Innendruckverstärker oder einem Kolben beschränkt, der in ähnlicher Weise in der Lage ist, das Verschleißfutter in die Presse oder aus dieser heraus zu treiben. Es ist ein langwieriger und schwieriger Vorgang, das Verschleißfutter zu entfernen, da das Verschleißfutter und der Futterhalter durch den Innendruckverstärker gemeinsam mit Spezialwerkzeugen aus der Presse heraus getrieben werden müssen. Das Verschleißfutter mit dem Futterhalter ist auch langwierig und schwierig einzubauen, da es unter Verwendung des Innendruckverstärkers zusammen mit Spezialwerkzeugen sorgfältig in die Presse getrieben werden muss, um den konischen Futterhalter mit eingebautem Verschleißfutter innerhalb der zylindrischen Druckkammer in einem vorgespannten Zustand zu positionieren.
  • Zusätzlich zu der vorgespannten Drahtwickelpresse der in PCT/SE95/000153 beschriebenen Bauart gibt es alternative Konstruktionen für Hochdruckpressen. Hochdruckpressen können oder können nicht zylindrische Druckkammern aufweisen, die vorgespannt sind. Zum Beispiel kann ein ausreichend dicker Stahlzylinder als zylindrische Druckkammer einer Hochdruckpresse ohne Vorspannung verwendet werden. Dieser Typ von Presse erfordert jedoch häufige Sicherheitsinspektionen für Beschädigungszeichen bei einem Betrieb mit höheren Drücken. Eine Beschädigung solcher dicken, schweren, zylindrischen Druckkammern hat teure Reparaturen oder Austauschvorgänge zur Folge.
  • BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
  • Ein Ziel der Erfindung ist die Schaffung einer Hochdruckpresse mit einem Verschleißfutter, das im Zustand einer restlichen, radialen Druckspannung angeordnet ist. Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Schaffung eines Verschleißfutters für eine Hochdruckpresse, das leicht austauschbar und weniger teuer in der Herstellung ist. Noch ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Herstellung einer Hochdruckpresse mit einem Verschleißfutter, das leicht entfernt werden kann.
  • Diese und weitere Ziele werden erfindungsgemäß erreicht durch ein austauschbares Verschleißfutter mit einem geringfügig unterbemessenen Außendurchmesser, verglichen mit dem Innendurchmesser einer zylindrischen Druckkammer. Es wird in die zylindrische Druckkammer einer Presse eingesetzt, ohne dass es unter Ausübung von Druck eingetrieben wird. Einmal in Position innerhalb der zylindrischen Druckkammer wird es durch sein axiales Ausdehnen mit übermäßigem Druck festgelegt. Das Verschleißfutter ist als dünnwandiger kreisförmiger Zylinder ausgebildet, der unter Anwendung eines in den Patentansprüchen und weiter unten beschriebenen Verfahrens leicht entfernt werden kann.
  • Das Verschleißfutter wird in die zylindrische Druckkammer der Presse eingesetzt. Einmal in die zylindrische Druckkammer einer Presse eingesetzt, wird das Verschleißfutter durch Ausübung von radialem Druck auf die Innenseite des Verschleißfutters an seinem Einbauort festgelegt. Dies erfolgt durch Schließen der Presse und durch Ausüben eines vorher berechneten radialen Überdrucks auf das Verschleißfutter innerhalb der Presse. Dies verformt das Verschleißfutter plastisch und hinterlässt eine zusammendrückende Restspannung, die als radiale Vorspannung wirkt, um den im Gebrauch erzeugten hohen Drücken zu widerstehen.
  • Zum Entfernen des Verschleißfutters nach der vorliegenden Erfindung wird die Presse so geöffnet, dass das Verschleißfutter zugänglich ist. Ein Fräser oder ein anderes Werkzeug wird in das Verschleißfutter eingeführt und zur Herstellung einer Reihe von Längseinschnitten innerhalb des Verschleißfutters verwendet. Die Einschnitte erfolgen bis zu einer vorgegebenen Tiefe, die über die gesamte Länge des Verschleißfutters verläuft, und zwar tief im Verschleißfuttermaterial, jedoch ohne dieses zu durchdringen und den Futterhalter oder innersten Zylinder zu beschädigen. Der speziell angepasste Fräser macht einen Einschnitt mit annähernd quadratischem Querschnitt. Obwohl die Einschnitte vorzugsweise quadratischen Querschnitt haben, liegt es im Bereich der Erfindung, Einschnitte mit einem abweichenden Querschnitt herzustellen.
  • Durch die annähernd quadratischen Einschnitte wird ausreichend Material vom Verschleißfutter so entfernt, dass die verbleibende dünne Lage von Verschleißfuttermaterial am Boden des Einschnitts ausreichend breit ist, dass sie als eine Art von Scharnier wirkt. Die dünne Lage oder das Scharnier knickt unter der radialen vorspannenden Zusammendrückungskraft, die im Verschleißfutter verbleibt, und gestattet den Wänden des Verschleißfutters ein Zusammenfallen.
  • Wenn die Einschnitte fertig sind und das Verschleißfutter nach innen in die Einschnitte zusammengefallen ist, kann es dann leicht aus dem Futterhalter oder der zylindrischen Druckkammer ohne die Anwendung von Druck entfernt werden. Nach dem Zerlegen und Entfernen des alten Verschleißfutters kann ein neues Verschleißfutter schnell und leicht angebracht werden.
  • Eine wirtschaftliche Hochdruckpresse kann ein Verschleißfutter nach der Erfindung enthalten. Die Presse kann eine verhältnismäßig einfache Konstruktion aufweisen, wie schematisch in 3 gezeigt. Die zylindrische Druckkammer 3 kann als einziges Teil aus massivem Stahl als Zylinder hergestellt werden. Alternativ kann die zylindrische Druckkammer speziell behandelt werden unter Verwendung von beispielsweise eines Selbstschrumpfungsprozesses zur Schaffung eines härteren, festeren und radial vorgespannten Bereichs im inneren Teil des Zylinders. Ein derartiger einstückiger Zylinderaufbau des Verschleißfutters kann ohne jeglichen Zwischenzylinder oder Verschleißfutterhalter direkt in die zylindrische Druckkammer passen.
  • Wie in PCT/SE95/000153 kann eine Hochdruckpresse mit einem austauschbaren Verschleißfutter nach der Erfindung für die Behandlung von Substanzen verwendet werden. Eine derartige Presse kann auch für das isostatische Pressen von Pulvervorformlingen verwendet werden, um aus Pulver oder gesinterten Formen hergestellte Gegenstände zu verdichten. Eine derartige Presse kann auch vorteilhaft verwendet werden zur Verfestigung von Gussteilen. Viele Gussteile enthalten innere Risse oder andere Sprünge, die sich aus dem Gießvorgang ergeben. Die isostatische Druckbehandlung in einer derartigen Presse kann zum Schließen der inneren Risse verwendet werden und somit das Material der Gussteile verfestigen.
  • Die vorliegende Erfindung hat viele Vorteile. Der vollständige Vorgang des Auswechselns des Verschleißfutters nimmt sehr wenig Zeit in Anspruch und kann somit mit einem Minimum an Unterbrechung der Produktionserfordernisse geplant werden. Die Erfindung kann in Hochdruckpressen eingesetzt, daraus entfernt und ausgetauscht werden, ohne dass Druck ausgeübt wird, um sie ein- oder auszutreiben. Die Erfindung benötigt keinen Innendruckverstärker oder einen anderen Kolben mit oder ohne Spezialwerkzeuge, um sie in eine Presse oder aus einer Presse zu treiben. Dies ist einfacher, schneller und beseitigt die Gefahr einer zufälligen Beschädigung aufgrund der ungenauen oder falschen Anwendung von Druck durch Irrtum. Die Erfindung ist preiswerter in der Herstellung bei Ausführung einer kreiszylindrischen Form, verglichen mit den Kosten zur Herstellung von Druckzylindern mit konischen Bohrungen und Verschleißfutterhaltern mit konischen Außendurchmessern.
  • Die Erfindung kann in andere Arten von Hochdruckpressen eingebaut werden zusätzlich zur Bauart der in PCT/SE95/000153 beschriebenen Pressenart. Die vorliegende Erfindung ist verwendbar in Hochdruckpressen mit oder ohne vorgespannten zylindrischen Druckkammern, Pressen mit oder ohne einem Innendruckverstärker und Pressen mit drahtumschnürten zylindrischen Druckkammern oder Pressen mit massiven zylindrischen Druckkammern. Da die vorliegende Erfindung so weit anwendbar ist, ist zu erwarten, dass sie in verhältnismäßig größeren Stückzahlen mit sich ergebener Kostenverminderung hergestellt werden kann.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht den Betrieb von Hochdruckpressen bei höherem Druck innerhalb ihres jeweiligen Zulassungsdrucks. Die Verwendung eines Verschleißfutters mit den in PCT/SE95/000153 offenbarten Merkmalen bedeutet, dass strenge Sicherheitsinspektionen eines Druckzylinders nicht so häufig benötigt werden, da das Verschleißfutter leicht ausgetauscht werden kann und auch anzeigt, dass ein Schaden oder Verschleiß stattgefunden hat, wie auch weiter unten beschrieben.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorliegende Erfindung wird in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Es zeigen:
  • 1 schematisch den Stand der Technik mit einem Verschleißfutter und einem Verschleißfutterhalter einer Hochdruckpresse;
  • 2 schematisch ein Verschleißfutter nach der Erfindung eingesetzt in die zylindrische Druckkammer einer Hochdruckpresse;
  • 3 ein Verschleißfutter nach der Erfindung im ausgedehnten und radial vorgespannten Zustand in der zylindrischen Druckkammer einer Hochdruckpresse;
  • 4 ein Verschleißfutter nach der Erfindung eingebaut in die zylindrische Druckkammer einer Hochdruckpresse;
  • 5 die Herstellung von Schnitten innerhalb eines Verschleißfutters nach der Erfindung vor dessen Entfernens aus einer Hochdruckpresse;
  • 6 ein zerlegtes Verschleißfutter nach der vorliegenden Erfindung, das gerade aus einer Hochdruckpresse entfernt wird.
  • BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Ein austauschbares Verschleißfutter nach der vorliegenden Erfindung ist als dünnwandiger Kreiszylinder gebildet obwohl auch weitere zylindrische Formen im Bereich der Erfindung liegen. Der Außendurchmesser eines Verschleißfutters nach der vorliegenden Erfindung ist geringfügig unterbemessen verglichen mit dem Innendurchmesser einer zylindrischen Druckkammer oder eines Futterhalters einer Hochdruckpresse.
  • Das in 2 gezeigte Verschleißfutter 1 wird in die zylindrische Druckkammer 2 eingesetzt. Einmal in die zylindrische Druckkammer 2 eingesetzt, wird das Verschleißfutter durch Ausübung eines radialen Überdrucks fixiert. Dies erfolgt durch Schließen der Presse und durch Ausüben eines vorher berechneten Überdrucks auf das Verschleißfutter innerhalb der Presse, wie in 2 schematisch durch den Buchstaben „P" gezeigt. Dies verformt das Verschleißfutter plastisch und hinterlässt ihm eine Restdruckspannung, die als radiale Vorspannung gegen die bei Gebrauch in der Presse erzeugten hohen Drücke wirkt.
  • Das Verschleißfutter 1 wird in die innerhalb der Presse befindliche zylindrische Druckkammer 2 eingesetzt. An den Enden des Verschleißfutters werden Endkappen 5, 6 angebracht. Die Endkappen 5, 6 sind jeweils mit einer provisorischen Dichteinrichtung in Form von provisorischen Endkappendichtungen 7, 8 mit Untermaß versehen, die in die Enden des Verschleißfutters 1 passen. Der Innendurchmesser des Verschleißfutters hat Untermaß, wenn es zuerst eingepasst wird. Dies bedeutet, dass die Endkappendichtungen 7, 8 einen geringfügig kleineren Durchmesser haben müssen als Dichtungen für einen normalen Betrieb. Wenn die Endkappen 5, 6 positioniert sind, kann innerhalb des Verschleißfutters Druck ausgeübt werden mittels eines Druckfluids, das durch eine äußere Druckquelle zugeführt und mit Hilfe eines (nicht gezeigten) Rohrs geliefert wird, das sich durch eine Endkappe 5, 6 hindurch erstreckt.
  • Unter ausreichendem Überdruck über der Streckgrenze des Materials wird das Verschleißfutter verformt und bis zu einem vorher berechneten Ausmaß dauernd aufgeweitet. Der Druck wird gelöst. Die Endkappen 5, 6 werden entfernt. Die Endteile des Verschleißfutters, die den Endkappen benachbart waren und die nicht unter Druck standen, können einen kleineren Innendurchmesser haben als der Hauptteil des Verschleißfutters, der dem Druck ausgesetzt war. Falls nötig, kann die Innenfläche der nicht verformten Bereiche des Verschleißfutters in der Nähe der Endkappen bearbeitet werden, um den Innendurchmesser so zu vergrößern, dass er derselbe wie der Rest des Verschleißfutters ist. Die Bearbeitung kann vor oder nach dem Aufweiten des Verschleißfutters erfolgen.
  • Ein Verschleißfutter nach der Erfindung kann entfernt werden entweder wegen eines Risses oder eines Bruchdefekts oder als Teil eines geplanten Wartungsvorgangs, wie folgt.
  • Abhängig von der Bauart der Presse werden eine oder beide Endkappen 5, 6 mit Dichtungen 7, 8 der Hochdruckpresse entfernt. Ein Fräser 9 oder eine andere Art von Schneid-, Fräs- oder Schleifwerkzeug wird in das Verschleißfutter 1 abgesenkt, wie in 5 gezeigt.
  • Der Fräser 9 wird so betrieben, dass er eine Reihe von Längseinschnitten 10 herstellt, die über die gesamte Länge des Futters verlaufen. Zum Herbeiführen einer ausreichenden Wirkung werden für gewöhnlich vier Einschnitte verwendet, die annähernd gleichmäßig um den Umfang verteilt sind. Abhängig vom Durchmesser des Verschleißfutters können weniger oder mehr Einschnitte verwendet werden. Die Einschnitte werden bis zu einer vorgegebenen Tiefe so tief wie möglich im Verschleißfuttermaterial hergestellt und hinterlassen eine Dicke von 1–10%, vorzugsweise 1–5%, des Durchmessers des eingesetzten Verschleißfutters.
  • Nach Ausführung der Einschnitte und nachdem der speziell angepasste Fräser entfernt ist, kann das zusammengefallene Verschleißfutter 11 ziemlich leicht aus der zylindrischen Druckkammer 2 entfernt und mit einer normalen Hubvorrichtung abgehoben werden, was in 6 gezeigt ist. Nachdem das alte Verschleißfutter ausgebaut und entfernt ist, kann ein neues Verschleißfutter schnell und leicht, wie oben beschrieben, eingesetzt werden.

Claims (12)

  1. Verfahren zum Schaffen einer Hochdruckpresse, die eine zylindrische Druckkammer (2) und ein austauschbares Verschleißfutter (1) umfasst, das den folgenden Schritt umfasst: Einsetzen des Verschleißfutters (1) in die zylindrische Druckkammer (2), gekennzeichnet durch den Schritt des: Fixierens des Verschleißfutters (1) mittels Ausdehnung durch inneren Druck über die Streckgrenze, so dass das Verschleißfutter (1) damit durch die Vergrößerung des Durchmessers des Verschleißfutters (1) in einen Zustand von Rest-Druckspannung gebracht wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Schließen der Presse und Ausüben eines Drucks durch ein inneres Fluid auf das Verschleißfutter (1) im Inneren der Presse, um die Rest-Druckspannung zu erzeugen.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das innere Fluid durch eine externe Druckquelle zugeführt wird, die mit der Presse verbunden ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–3, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißfutter (1) plastisch verformt wird, um die Rest-Druckspannung zu erzeugen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1–4, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren des Weiteren den Schritt des Entfernens eines vorhandenen Verschleißfutters (1) umfasst, wobei der Austausch die folgenden Schritte einschließt: Herstellen eines oder mehrerer Schnitte in der Innenfläche des vorhandenen Verschleißfutters (1) mit der Absicht, das vorhandene Verschleißfutter (1) unter der Rest-Druckspannung zusammenfallen zu lassen, Entfernen des zusammengefallenen vorhandenen Verschleißfutters (1).
  6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der eine oder die mehreren Schnitte (10), die in der Innenfläche des vorhandenen Verschleißfutters (1) hergestellt werden, annähernd quadratischen Querschnitt haben.
  7. Hochdruckpresse, die eine zylindrische Druckkammer (2) und ein austauschbares Verschleißfutter (1) umfasst, das im Inneren der zylindrischen Druckkammer (2) in einem Zustand von Rest-Druckspannung angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenfläche des Verschleißfutters (1) in direktem Kontakt mit der Innenfläche der zylindrischen Druckkammer (2) ist.
  8. Hochdruckpresse nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißfutter (1) als dünnwandiger Kreiszylinder geformt ist.
  9. Hochdruckpresse nach einem der Ansprüche 7–8, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschleißfutter (1) als Ergebnis einer Ausdehnung des Verschleißfutters nach seinem Einsetzen in die Druckkammer (2) plastisch verformt wird, so dass eine Rest-Druckspannung erzeugt wird.
  10. Einsatz einer Hochdruckpresse nach einem der Ansprüche 7–9 für die Behandlung von Substanzen.
  11. Einsatz einer Hochdruckpresse nach einem der Ansprüche 7–9 für das isostatische Pressen von Pulver-Vorformerzeugnissen.
  12. Einsatz einer Hochdruckpresse nach einem der Ansprüche 7–9 für das isostatische Pressen von Gussteilen.
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