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Ultrahochdruck-Apparat
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Die Erfindung betrifft einen Ultrahochdruck-Apparat mit einander genüber
liegenden kegelstumpfförmigen Preßstempeln, einem ringförmigen Preßgesenk, das zwischen
dan Stempeln angeordnet ist und das eine zylindrische Öffnung besitzt, die koaxial
zu den Preßstempeln angeordnet ist, mit einem Hohzylinder aus hartem Material mit
einem geringen Verdichtungskoefizienten und außerdem einem Paar D ichtungsringen,
die jeweils an jedem Außenteil der inneren Wanndung des Gesankes anliegen.
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Beim Arbeiten unter hohen Drücken ist es im allgemeinen gewünscht
die Länge der Reaktionskammer zu vergrößern, die bei deförtigen Apparaten vorhanden
ist und zwar sowohl axial als auch radial bei einer sich ändernden Menge
des
Reaktionsgemisches innerhalb einer Serie oder bei einer vergrößertem Reaktionszone,
die vorteilhafte Temperaturhodingungen für die Reaktion aufweist.
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Beim Vergrößern der axialen Länge der Reaktionskammer ergibt sich
als Nachteil eine Verdickung des Abdichtteiles der Dichlungsringe, die in der Hochdruckkammer
angeordnet sind oder es entsteht ein Zwischenraum, der die Preßtekampel und das
Gesenk umgibt. Nachdem die Dichteigenschaft der Dichtungsringe umgekehrt proportional
zu ihrer Dicke sinkt und proportional zur Länge der Dichttelle ansteigt ist es notwendig,
daß dieses Absinken verursacht durch das Ansteigen der Dicke durch ein Vergrößern
der Länge ausgeglichen wird.
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Außerdem wird es bei einem derartigen Hochdruckapparat in hoher Maße
gewünscht, daß einige Teile aus besonders festem ätahl. Achnellstahl oder Gesenkstahl
beispielsweise bestelen und zwar aus herstellungstechnischen Gründen.
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Ein so hergestelltes Gesenk leidet im allgemeinen unter plastischen
Verformungen, die mehr oder weniger an der inneren Wand verursacht werden, wenn
mehrere Serien durchgeführt wurden selbst wenn ein Hohlzylinder verwendet wird,
um die Beanspruchung auf das Gesenk zu reduzieren. En wird dann eine Erneuerung
des Gesenks gewünscht, wobei die Teile durch Abschneiden oder Schleifen dieser Verformungen
in bestimmten Intervallen zum Erzungen einer glatten Oberfläche an der Innenwandung
wieder ineinander eingepaßt werden. Eine derartige Erneuchrung sollte an der gesamten
Oberfläche der Innenwandung des Gesanks vorgenommen werden. Weiterhin soll die
aufgebrachte
Belastung bestimmbar sein und zwar genau mit der Änderungen der Kompressionsphase
bei einer Erneuerung, wobei außerdem Änderungen in den Abmessungen der Reaktorselemente
gewünscht sind.
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Die Erfindung besteht dabei darin, daß die Dichtungsringe ein größeren
Außerndurchmesser aufweisen als der Hohlzylinder.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform bestaht darin, daß das ringförmige
Gesenk einen zylindrischen Vorsprung aufweist, der an dem Hohlzylinder anliegt.
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Weiterhin ist es vorteilhaft, daß eine metallische Manschette zwischen
dem ringförmigen Gesanke und dem Hohlzylinder an den betreffenden Wänden anliegend
angeordnet ist.
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Schließligs wird vorgeschlagen, daß die Manschette aus mehreren Abschnitten
besteht.
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Die Erfindung sieht einen Ultrahochdruck-Apparat von von industriellem,
Ausmaß, der einwandfrei arbeitet und die einganze auf gezeigten Probleme nicht aufweist.
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Die Erfindung wird, in der nachfolgenden Beschreibung anhand von in
den Zeichnungen dargestellter Ausführungsbeisüielen näher erläutert.
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Es zeigen, Figur 1 eine Ausführungsform durch dIe wesentlichen Teile
einer herkömmlichen Ultrahochdruckpresse bei Verwendung eines Hohlzylinders im Querschnitt,
Figur 2 eine Darstellung gemäß Figur 1 unter Anwendung der erfindungsgemäßen Lehre,
Figur 3 eine Darstellung wie in Figur 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform nach
der Erfindung, Figur 4 eine Darstellung gemäß Figur 1 entsprechend einer weiteren
Ausführungsform nach der Erfindung und Figur 5 einen Querschnitt nach der linie
V - V in Figur 4 unter Weglassung des ringförmigen Gesenkes.
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Figur 1 zeigt ein ringförmiges Gesenk 3 aus Stahl und zwar Gesenkstahl
oder Schnellstahl, das zwischen Preßstempeln 1, 2 angeordnet ist, die aus eine sehr
harten Legierung, wie beispielsweise aus gesintertem Wolframkarbid - Kohlenstoff
(WC-Co) bestehen. An er inneren Wandung des Gesenkes 3 liegt ein Hohlzylinder 4
an, der aus gesintertem Aluminiumoxyd besteht, damit er möglichst frei von Poren
ist. Ein feuerfestes Rohr 5 umgibt die Reaktionskammer 6, die oben und unen mit
Hilfe von Scheiben 7, 8 abgedeckt ist und die zur Wärme- und elektrischen Isolation
dienen und die aus einem
harten feuerfesten Stein bestehen. Zur
elektrischen Leitung dienen Staringe 9, 10 und Abschlußplatten, 12. Ferner sind
Richtungsringe 13, 14 aus gesintertem Agalmatolithischem Stein hergestellt.
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Die Figuren 2 bis 4 zeigen verschiedene Ausführungsformen nach der
Erfindung, wobei Figur 2 die Aushildung für einen verhältmismäßig kleinen Apparat
zeigt unter Verwendung eines Hohlzylinders, der einen geringeren Außendurchmesser
besitzt. Dis Figuren 3 und 4 bestreffen vergleicheweise große Apparate, bei denen
ein Zylinder verwendet wird, der einen größenen Außendurchmesser besitzt.
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Die Ausführungsform nach den Figuren 3 oder 4 zeigt einen Hohlzylinder
mit spitz zulaufenden Endoberflächen zu den Seiten der Preßstempel. Diese spitz
zulaufenden Enden sind en dem Zylinder deshalb vorgeschen, damit eine erhöhte Stützfunkien
bei Beanspruchungen für den Zylinder gegen Verformungen unter Hochdruck innerhalb
der Reaktionskammer gegeban ist, damit die Dichtfunktion der Dichtungsringe verhänsert
wird, durch Verminderung der Meigungen, unter denan die Dichtringe am Umfang der
Preßstempel anliegen und damit die Presßtempel gegen Zerstörung gesichert sind.
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In den Figuren 2 bis 4 ist ein ringförmigen Gesenk 17 aus Stahl, wie
Gesenkstahl oder Schnellstahl vorgesehen, das zwischen zwei koaxial angeordnete,
einander gegenüber liegende Preßstempel 15, 16 angeordnet ist, die aus einer gesinterten
Wolframkarbid-Kohlenstoff (WC-Co) Legierung hestehen. An der inneren Wandung des
Genenker 17 liegt ein Hohlzylinder 18 an, der aus möglichst porenfreiem gesintertem
Aluminiumoxyd besteht. Ein feuerfesten Rohr 19 umgiht die Reaktionskammer 20. Scheiben
21, 22 aus hartem
feuerfesten Stein sind oberhalb und unterhalb
der Reaktionskammer zur thermischen und elektrischen Isolation angeordnet und außerdem
sind Stahlringe 23, 24 und Abschlußplatten 25, 26 für die elektrische Leitung vorgesehen.
Die Dichtungsringe 27, 28 bestehen aus gesintertem agalmatolithischem stein. Die
Preßtempel 15, 16 besitzen bei der Ausführungsform nach den Figuren 3 und 4 einen
Schutzäberzug, 30.
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Nachstehend sei die Figur 2 anhand einen Zahlenbeispiels eläutert,
wobei die Preßstempel ein flaches Ende mit eine Durchmesser von 20 mm besitzen und
unter einem Winkel von 33° zur Achse spitz zulaufen. Das Preßgesenk besitzt eine
abgestufte Öffnung von 30 mm und 34 mm im Durchmesser und zwar an den Teilen, die
an dem Hohlzylinder und den Dichtungsringen anlieger. Der Zylinder besitzt einen
inneren Durchmesser von 20 mm und ist 10 mm hoch. Die Dichtungsringe besitzen einen
größeren Außendurchmesser als der Zylinder aus gesintertem Aluminiumoxyd und sind
an der Innenwandung des Preßgesenkes anliegend angeordnet.
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Figur 5 zeigt einen Auschnitt der Anordnung gemäß Figur 4 nach der
Schnittlinie V - V mit einer metallischen Manschette, der Reaktionskammer und dem
die Reaktionskammer umgebenden feuerfesten Rohr. In dieser Figur besteht die Manschette
31 aus vier viertelkreisförmigen Teilen 31 a bis 31 d, während in Figur 4 diese
Manschette einen zusammenhängenden Ring bildet.
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Zurückkommend auf Figur 3 besitzen die Preßstempel ein flachen Ende
von 75 mm und sind unter einem Winkel von 36° zur Achse spitz zulaufend. Das Gesenk
besitzt eine abgestufte Behrung mit 165 mm und 185 mm als Innendurchmesser und zwar
an der Teilen, die an dem Zylinder und den Dichtungeringen
anliegen.
Der Zylinder ist 100 mm hoch und besitzt einen Innendurchmesser von 75 mm. Als Schutzäberzüge
diesen beispielsweise weiche Stahlplatten von 8 mm Dicke, die mit der Oberfläche
verhunden sind.
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Nachstehend sei ein weiteres Zahlenbeispiel der Ausführungsform nach
Figur 4 angegeben, wobei die Preßstempel ein flaches Ende von 75 mm im Durchmesser
aufweisen und unter einem Wirkel von 36° zur Achse spitz zulaufen. Das Genenk begeitzt
eine abgestufte Bohrung, die 165 mm und 185 mm im Innendurchmesser beträgt, an der
der Hohlzylinder und die Dichtungsringe anliegen. Der Zylinder ist 100 mm hoch und
bestzt einen Innendurchmesser von 75 mm. Die Schutzüberzüge für die Preßstempel
bestehen aus 2 mm starken weichen Stahlplatten und sind damit verhunden.
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Das größere Ende der Schutzüberzüge besitzt einen größeren Durchmesser
als die Öffnung für das Gesenk gemäß den Figuren 3 und 4 und entsprechend jeder
weiteren Ausführungsform nach der Erfindung, wobei die Dichtungsringe im Außendurchmesser
größer sind als die aus gesintertem Aluminiumoxyd bestehenden Hohlzylinder, die
an der Inenwandung des Gesenkes anliegen.
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Wie aus der vorliegenden Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen
anhand einiger Ausführtungsformen der Erfindung zu entnahmen ist besitzt der Apparat
nach der Erfindung einige Funktionen und Vorteile gegenüber den herkömmlichen Apparaten,
in dem Dichtungsringe verwendet werden, die einen größeren Außendurchmesser besitzen
als der Hohlzylinder und die an der Innenwandung des Gesenkes an dem erweiterien
Teil anliegen.
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Entsprechend der Erfindung werden Dichtungsringe mit einem größeren
Außendurchmesser als der Hohlzylinder verwendet,
die an dem Endteil
der Innenwandung des Gesenkes anliegen.
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Durch die Vergrößerung der Abdicht flächen im Vergleich zu den herkömmlichen
Apparaten gibt die Erfindung die Möglichkeit ausreichend dicke Dichtungsringe zu
verwenden, die zu einer Vergrößerung der Höhe der Reaktionskammer und der Druckbeanspruchungen
führen, wodurch die Lebensdauer wesenlich erhöht wird.
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Nach der herkömmlichen Art wurde angestrebt die Druckbelastung für
die Kompression zu erhöhen und zwar in Abhängigkeit von einer Vergrößerung der Öffnung
die sich aufgrund der Neuerung ergaben. Dem gegenüber erlaubt die Erfindung die
Herstellung eines beständigen Erzeugnisses unter Verwendung nicht geänderter Druckbelastungen
und zwar unabhängig von einer Vergrößerung der Öffnung an dem anliegenden Teil am
Hohlzylinder, denn der Innendurchmesser der Gesenks bleibt an der Schulter unverändert,
während die Druckkräfte in einem ungeänderten Verhältnis geteilt werden und zwar
für die Materialien der Reaktionskammer ausgehend von den flaschen Enden der Proßstempel
und dem Hohlzylinder durch die Dichtungsringe von den Flanken der Preßstempel.
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Herkömmlich war es ferner gewünscht die Abmessungen der Dichtungsringe
am Außendurchmesser zu modifizieren, um eine vergrößerte Öffnung für das Gesenk
zu erhalten. Eine derartige Modifizierung ist bei der Ausführtungsform nach der
Erfindung nicht notwendig, wobei jedes Teil einfach im Aufbau und leicht herstellbar
ist.
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Weiterhin läßt sich das Gesenk nach der Erfindung leicht erneuern,
das eine Erneuerung nur der Teile notwendig ist,
die am Hohlzylinder
anliegen, während im Gegensatz dazu bei den herkömmlichen Preßgesenken eine Erneuerung
von Innenwand zu Innenwand erfolgen muß.
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Beim Eingesten von Reaktionselementen in die Öffnung den Gesenks is
deren Position durch der zylindrischen Versprung des esenks fastgelegt, wobei dieses
Vorenrung in achsiader Richtung gesehen so lange ist wie der duran anliegende in
zylinder.
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Gemäß der witeren Ausführungsform, bei der eine metallische Manseitte
verwendet wird, die zwischen dem Gesenk und dem Hohzylinder öber eine bestimmte
achsiale Winge anliegend ergesehen ist, bringt eine Erhöhung der Le hensdauer Augenüber
den herkömmlichen Ausführungsformen, die keine dartige Manscheite verwenden, wobei
diese Manschette der leicht ausgewechselt werden kann und der Apparat tretzdem einsatzehreit
bleiht, wenn diese Manschelle unbraushbar wird, selbst dann wenn eine vergrößerte
Öffnung auch die Erneuerung vorhanden ist oder diese Manschetie sach mehrmaligem
Gebrauch gebrochen ist.
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Wenn diese anschette aus mehreren Abschnitten besteht können nach
Beschädigung Einzelteile ausgeweschselt werden, was die Kosten in Folge der sehr
teucren Manschette senkt.
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Beim Vergleich des Gebrauchs eines Apparates nach der Erfindung und
eines herkömmlichen Apparates beide mit einem Innerdurchmesser des ringförmigen
Gesenks von 165 mm läßt sich feststellen, daß bei einem Apparat nach der Erfindung
doppelt so viel Reaktionsgemische behandelt werden konnten bei einer Druckbelastung
die um 10 % höher lag als bei den herkömmlichen. Die Lebensdauer der Preßgesenke
war unverändert.
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