DE2536280A1

DE2536280A1 - Isostatische heisspresse

Info

Publication number: DE2536280A1
Application number: DE19752536280
Authority: DE
Inventors: Arnold Gordon Bowles; Donald Eli Witkin
Original assignee: National Forge Co
Current assignee: National Forge Co
Priority date: 1974-08-19
Filing date: 1975-08-14
Publication date: 1976-03-04
Also published as: FR2282334B1; AT338681B; US4013394A; ATA641375A; IT1033963B; SE7509267L; BE832535A; GB1482979A; JPS5122171A; JPS5612239B2; FR2282334A1

Description

PATENTANWÄLTE

K. SIEBERT G. GRÄTTINGER

Dlpl.-Ing. Dipl.-Ing., Dipl.-VVirlsch.-Ing.

813 Starhborg boi München Postfach 16-19, A;iii"!riawi>n 12 Telefon (03151) 1 2⁷OO u. <l 15 Tslegr.-Adr.: STARPAT Starnbere

den

AnwaltsaktQ 6491/1

National Forge Company Irvine, Warren County, Pennsylvania

IsGstatiöChe Heissprosse

Diese Erfindung betrifft eine isostatische Heisspresse und insbesondere ein druclc- und temperaturausg!eichendes System in einer Hü11schicht, die isolierender Bestandteil der Presse ist.

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Es sind verschiedene Arten von isostatischen Heisspressen bekannt, die pulverförmige Materialien aus Keramik, Metallen, Plastik oder zusammengesetzten Materialien durch isostatischen Druck mit einem gasförmigen Druckmedium verdichten. In einer isostatischen Presse dieser Art, die im wesentlichen aus einem zylindrischen Kessel besteht, der einen Ofenraum mit einer wärmeisolierenden Hüllschicht einschließt, ist es von Vorteil, um den Druck über die isolierende Hüllschicht schnell auszugleichen, jede Belastung, welcher die wärmeisolierende Hüllschicht unterworfen werden kann, auf ein Mindestmaß zu reduzieren und die Konvektionsströmungen im Ofenraum zu verringern., Belastungen über die isolierende Hüllschicht können durch Deformierung einer oder mehrerer seiner Bestandteile bei hohen Temperaturen herrühren.

Es hat sich auch gezeigt, daß entsprechend dem Temperaturunterschied in der isolierenden Hüllschicht und dem Kessel konvektive Wärmeverluste aus dem Ofen auftreten.

Es ist deshalb Hauptaufgabe der Erfindung eine isostatische Presse zu schaffen, in der der Druck über die isolierende Hüllschicht schnell ausgeglichen wird,um die isolierende Hüllschicht vor Beschädigung oder Zerstörung aufgrund Übermäßiger Druckunterschiede zu schützen und die Konvektionsströmungen im Ofenraum und den daraus resultierenden Wärmeverlust zu reduzieren.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine isostatische Heisepresse vorgesehen, die im Wesentliehen aus einem zylindrischen Kessel besteht, der eine Druckkammer begrenzt. Eine langgestreckte, zusammengesetzte, wärmeisolierende Hüllschicht ist innerhalb des Kessels und in einem Abstand von der Innenwand angebracht, um einen ringförmigen Zwischen-

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raum zu bilden. Die wärmeisolierende Hüllschicht begrenzt einen zentralen Ofenraum, in dem ein Heizelement angeordnet ist. Verschlüsse sind an den entgegengesetzten Enden des Behälters angebracht μπι die Druckkammer und die Ofenräume für den isostatischen Druckaufbau von der Atmosphäre abzuschließen. Eine Vorrichtung zum Druckausgleich im Ofenraum, in der wärmeisolierenden Hüllschicht und dem ringförmigen Raum ist vorgesehen, die eine Vielzahl an den Enden offene, sich axial erstreckende, langgestreckte Röhren enthält, die in der isolierenden Hüllschicht über deren Umfang verteilt angeordnet sind, sowie Vorrichtungen zur Ableitung eines gasförmigen Druckmediums von den Hochdruckbereichen zu den Röhren.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung einer Ausführungsform in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. Es zeigen:

Figur 1 eine Teilansicht der Presse im Längsschnitt

nach Maßgabe der Erfindung,

Figur 2 eine gebrochene Teilansicht (in zwei Teilen)

eines Seitenteils einer Ausführungsform der Erfindung und

Figur 3 eine gebrochene Teilansicht (in zwei Teilen)

eines Seitenteils einer anderen Ausführungsform der Presse.

Bezogen auf Figur 1 besteht die isostatische Heisspresse gemäß der Erfindung aus einen im Wesentliehen zylindrischen Behälter, allgemein mit der Zahl 10 bezeichnet, der innen einen Ofenraum 12 enthält. Zwischen Ofenraum und dem zylindrischen Behälter ist eine wärmeisolierende Hüllschicht

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eingefügt. Kessel 10 ist an der Spitze durch Deckelaufbau und am Boden durch Deckelaufbau 18 geschlossen.

Bezogen auf Figuren 1 und 2, die eine besondere Ausführungsform der Erfindung darstellen, beinhaltet die wärmeisolierende Hüllschicht 14 eine erste Molybdän-Hitzehülse 20 und eine zweite Molybdän-Hitzehülse 22, abgeteilt voneinander durch eine isolierende Barriere, die aus einem ringförmigen Raum und einem isolierendem Material 26, wie z.B. Chromfaserpapier, das an die Außenfläche der Hülse 20 angrenzt, besteht. Eine innen mit rostfreiem Stahl versehene, röhrenartige Büchse 28', die eine Isolationsbarriere 30 an ihrer Innenseite hat, umhüllt die zweite Molybdän-Hitzehülse. Eine außen mit rostfreiem Stahl versehene, röhrenartige Büchse 32, die eine isolierende Barriere 34 an ihrer Innenseite aufweist, umhüllt die aus rostfreiem Stahl bestehende Röhre 28. Die isolierenden Barrieren 30 und 34 können z.B. aus Chromfasern gebildet sein, das ein in Bezug auf Gasen poröses Material ist.

Die Spitze der ersten Molybdän-Hülse 20 und der zweiten Molybdän-Hitzehülse 22 verbindet einen alinementen Hüllring 36 in einem durch eine Gleitsitz-Passung erzeugten Durchlaßraum, so daß das unter hohem Druck stehende Gas in den Ofenraum 12 fließen kann (siehe eingezeichnete Pfeilrichtung), wie es im folgenden beschrieben wird. Die Gleitsitz-Passung erlaubt auch eine thermische Ausdehnung der Molybdän-Hitzehülse 22 in einem unterschiedlichen Maß zu der der anderen Teile des Aufbaus und ohne Zwang, so daß thermische Belastungen vermieden werden. Die isolierende Hüllschicht ist an ihrem Boden mit einem ringförmigen alinementen Ring 76 gehalten.

In der isolierenden Hüllschicht, zwischer der zweiten Molybdän-

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Hitzehülse 22 und der im Innern mit rostfreiem Stahl versehenen Büchse 28 und auch zwischen der im Innern mit rostfreiem Stahl versehenen Büchse 28 und der außen mit rostfreiem Stahl versehenen Büchse 32 ( also mit den isolierenden Barrieren 30 und 34) sind eine Vielzahl aufgerichtete, an den Enden offene Röhren 38 und 40 angebracht. Die Röhren 38 und 40 sind an vorbestimmten Stellen um den Ofenraum über dem Umfang verteilt angeordnet. Die den Boden zugewandten offenen Enden der Röhren 38 und 40 sind über einem ringförmigen Raum 42, der durch den Innenumfang des Behälters 10 und der Außenfläche der außen mit rostfreiem Stahl versehenen Büchse 32 gebildet wird, mit einer Hochdruck- Gasquelle (nicht gezeichnet) verbunden. Die sich an der Spitze befindenden offenen Enden der Röhren 38 erstrecken sich über mehr als die Hälfte der vertikalen Länge der Hüllschicht, wobei sie über die isolierende Barriere 30 mit dem Ofenraum 12 über eine Aussparunq 44, die durch das gleitpassend angeordnete obere Ende der zweiten Molybdän-Hitzehülse 22 und dem alinementen Hüllring 3G gebildet wird, in Verbidnung steht. Das obere Ende der Röhren 38 und 40 kann auch radial angebrachte Löcher besitzen, um zur Minderung der Anströmgeschwindigkeit des Luftstromes an der Zwischenflache zwischen den betreffenden Röhren 38 und 40 und den isolierenden Barrieren 3o und 34 beizutragen.

Gemäß Figur 3 in einer anderen Ausführungsform der Erfindung, beinhaltet die wärmeisolierende Hüllschicht 14 eine erste Molybdän-Hitzehülse 20, eine zweite Molybdän-Hitzehülse 22, die die erste Molybdän-Hitzehülse 20 umhüllt und davon durch einen ringförmigen Raum 24 und isolierendes Material 26 abgesetzt ist, und eine außen mit rostfreiem Stahl versehene Büchse 32 mit einer isolierenden Barriere 34 die die zweite Molybdän-Hitz^iü-is- 22 umgibt. Zwischen der zweiten Molybdän-Hitzehülse 22 und der außen mit rostfreiem Stahl versehenen

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Büchse 32 sind eine Vielzahl aufgerichteter Röhren 40 innerhalb der Isolationsbarriere 34 eingefügt. Die Röhren 40 stehen an ihren oberen Enden mit dem Ofenraum 12 über eine Aussparung 44, die durch die an der Spitze ⁱⁿ einer Gleitpassung angeordneten zweiten Molybdän-Hitzehülse 22 und dem alinementen Hüllring 36 gebildet wird, und mit ihren unteren Enden mit dem ringförmigen Raum 42, der durch den Behälterkörper 10 und die wärmeisolierende Hüllschicht 14 gebildet wird, in Verbindung.

In der Ofenkammer 12 einer jeden Ausführungsform ist ein Heizelement 46 angebracht um den Raum zu beheizen. Heizelement 46 besteht bevorzugt aus einer Vielzahl vertikal angeordneter isolierender Röhren 48, von denen jede einen Molybdän-Stab 50 enthält. Das Heizelement beinhaltet vorzugsweise eine Anzahl gekreuzter Molybdän-Drähte 52. Heizelement 46 wird durch eine Ofen-Bodenplatte 54 gestützt und die Spitze wird durch ein Molybdän-Schild 56 bedeckt, der durch einen alinementen Molybdän-Ring 58 in seiner Lage gehalten wird. Am Boden des Heizelements ist ein starker Stützring 60 angebracht, in dem drei eingefügte, feuerbeständige Ringe 62 .angebracht sind.

Die Ofen-Bodenplatte 54 wird durch Bolzen 64 gestützt und in einem Abstand von Bodendeckel 18 gehalten. Die Bolzen 64 sind von Abstandshülsen 66 umgeben und durch ein gefasertes isolierendes Bett 68 und eine isolierende Papierschicht 70 gezogen.

Der Bodendeckel 18 ist mit einem vertikalen Kanal 72 versehen, um Gas mit hohem Druck in die wärmeisolierende Schicht 14, den ringförmigen Raum 42 und den Ofenraum 12 zu leiten. Das von einer nicht eingezeichneten Vorratsquelle gelieferte Hochdruckgas fließt durch die Durchgangsöffnung 72 und durch die

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Papierschicht 70 direkt in den ringförmigen Raum 42 und den Ofenraum 12» Ein horizontaler Kanal 74, der in dem unteren alinementen Hüllring 76 angebracht ist und vertikale Verzweigungen 78 und 80 hat, die mit den unteren offenen Enden der aufgerichteten Röhren 38, 40 in Verbindung stehen, leitet das Gas von Raum 42 zu Röhren 38, 40. Das Hochdruckgas fließt durch die vertikalen Zweige 78 und 80 in die aufgerichteten Röhren 38 und 40. Bezogen auf Fig. 2, strömt das Gas, das in der aufgerichteten Röhre 38 hochsteigt, durch die Chrornfaserisolierung 30, dann durch Aussparung 44 und schließlich in den oberen Teil des Ofenraums 12. Auf diese Weise kann ein schneller Druckausgleich zwischen dem ringförmigen Raum 42, der wärmeisolierenden Hüllschicht 14 und dena Ofenraum 12 erzielt werden.

Bei Einern Fehlen der vertikal langgestreckten Röhren würde der Druckausgleich über die vertikale Länge der isolierenden Hüllschicht langer dauern.

Durch die "vertikalen langgestreckten Röhren in der wärmeisolierenden Hüllschicht findet ein schneller Druckausgleich der Hüllschicht über ihre ganze vertikale Länge statt. Die vertikal angebrachten Röhren erlauben auch, daß der Druckausgleich in einer Weise stattfindet, die die Möglichkeit des Entstehens unerwünschter Konvictionsströrnungen während der Arbeitsweise des Systems reduziert, da die Spitze einer jeden langgestreckten Röhre sich in einem Bereich befindet, der heißer als an der Grundfläche ist, so daß keine natürliche Neigung für eine konvektive Strömung gegeben ist, da ja das heißere und weniger dichte Gas schon an der Spitze der Röhren ist. Die ersten und zweiten Molybdän-Hitzehülsen 20 und 22 können in zwei axiale Abschnitte unterteilt v/erden, wobei jeder unmittelbar zusammengeschlossen sein kann, wie z. B. durch Miohbleche und Nieten (Fig. 2 und 3), die eine glatte Oberfläche bewirken, so daß das

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Gas axial durch die isolierende Barriere und die Hülsen der zusammengeschlossenen Teile in den Ofenraum fliessen kann, wenn der Druck innerhalb der wärmeisolierenden Hüllschicht 14 übermässig hoch geworden ist.

- Patentansprüche -

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Claims

Patentansprüche

l.jEine isostatische Heisspresse mit einer langgestreckten Druckkammer, die durch eine im wesentlichen zylindrische Innenwand eines Behälters begrenzt wird, mit einer langgestreckten, ringförmigen Wärmebarriere, die eine isolierende Hüllschicht enthält, die sich axial innerhalb der Druckkammer erstreckt und in einem Abstand von der Innenwand angeordnet ist, um einen umschließenden Außenraum und einen als Ofenraum dienenden Innenraum zu ergeben, mit einem Heizelement im Ofenraum zu Beheizung des Raumes, mit Verschlüssen für den Behälter um die Druckkammer und den Ofenraum für den isostatischen Druckaufbau von der Atmosphäre abzuschließen, und mit Druckausgleichsvorrichtungen, die während des Arbeitsvorganges einen Druckausgleich im Ofenraum, in der isolierenden Hüllschicht und dem umschließenden Raum bewirken, dadurch ge^-onn. eichnefc, daß die Druckausgleichsvorrichtungen aus einer Vielzahl an den Enden offener, sich axial erstreckender, über den Umfang verheilter, langgestreckter Rohre (33, 40) in der ringförmigen Hüllschicht und aus Abführvorrichtungen (72, 74, 78, 80) zur Ableitung der Druckmedien aus den Hochdruckbereichen su den Röhren besteht.
2. Eine Presse gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die isolierende Hüllschicht an ihrem unteren Ende in einem alineraenten Ring (76) ausläuft, der mit Durchgängen (74, 78, 80) versehen ist und einen Teil der Ableitungsvorrichtung für das Druckmedium bildet, und daß die Durchgänge eines der Enden von jeder der langgestreckten Röhren mit einem ringförmigen Raum (42) und mit Hochdruckbereichen verbunden sind.

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3. Eine Presse nach den Ansprüchen 1 oder 2, die eine isolierende Hüllschicht (14) bestehend aus zumindest zwei koaxial angeordneten Metallhülsen (20, 22), die isolierendes Material (26, 28) enthalten, beinhaltet, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Röhren (38) innerhalb des isolierenden Materials angebracht sind und sich über den Großteil der Länge der isolierenden Hüllschicht erstrecken.
4. Eine Presse nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß vier koaxial zueinander angeordnete, radial voneinander versetzte Metallhülsen (20, 22, 28, 32) vorgesehen sind, wobei die innerste erste radial angeordnete Hülse (20) die den Ofenraum begrenzende Wand bildet, daß ein erster Teil (38) der über den Umfang verteilten, langgestreckten

t Röhren zwischen eine.r zweiten (22) und einer dritten (28) der Hülsen angeordnet ist, und ein zweiter Teil (40) der über den Umfang verteilten, langgestreckten Röhren zwischen einer dritten (28) und einer vierten (32) der Hülsen angeordnet ist.
5. Eine Presse gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und zweiten Hülsen (20, 22) Molybdänhülsen sind, und daß die dritten und vierten Hülsen (28, 32) Hülsen aus rostfreiem Stahl sind, daß die Hülsen einen Unteraufbau mit dem unteren alinernenten Ring (76) und mit einem oberen alinementen Ring (36) bilden, daß die Ringe mit konzentrischen Oberflächen'ausgebildet sind, die in Abständen voneinander radial angeordnet sind, gegen die die gegenüberliegenden Enden der Hülsen anliegen,um die Hülsen in vorbestimmter radialer Lage zueinander zu halten.
6.. E-ine Presse gemäß, Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei der Hülsen (20, 22) an ihren oberen Enden in so einer Weine zu den konzentrischen Oberflächen des

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oberen alinementen Ringes angeordnet sind, daß sie zwischen den oberen Enden der Hülsen und den konzentrischen Oberflächen, gegen die sie anliegen, das Entweichen des Druckmediums in die Hüllschicht gestatten.
7. Eine Presse nach einem jeden der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest die ersten und zweiten Hülsen lange Röhren mit relativ breitem Durchmesser sind, die durch Verbindungselemente (82) axial in einer Reihe verbunden sind, um lange Röhrenlängen zu bilden, wobei eine Druckentlastung bei hohen Arbeitsdrücken durch diese Verbindung untereinander geschaffen wird.
8. Eine Presse gemäß jedem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die langgestreckten Röhren nahe an ihren oberen Enden mit radial gerichteten Öffnungen versehen sind.

Starnberg, 12. August 1975/1061

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