DE19955260A1

DE19955260A1 - High pressure tool

Info

Publication number: DE19955260A1
Application number: DE1999155260
Authority: DE
Inventors: Jens Groebaek
Original assignee: Danfoss AS
Current assignee: Strecon Soenderborg Dk AS
Priority date: 1999-11-17
Filing date: 1999-11-17
Publication date: 2001-05-31
Anticipated expiration: 2019-11-18
Also published as: AU1382601A; WO2001036080A1; DE19955260B4

Abstract

In a high pressure tool with a die (1) of high pressure resistant material, particularly sintered hardmetal, which surrounds a hollow working space and is surrounded by an armouring (6, 7, 8) with at least one prestressing ring (6), the armouring (6 to 8) again is fixedly surrounded by an outer ring (9). To avoid a plasticizing of the material of the die (1) at high temperatures and very high pressure, occurring, for example, in connection with the production of synthetic diamonds in the tool, though maintaining a small overall height of the high pressure tool, it is ensured that at least on one end face of the armouring (6 to 8) a cover (11) is adjoiningly fixed, which cover (11) limits, close to the die, a first cooling channel (12) surrounding the axis (14) of the die (1) and having a hole (15) coaxial with the die (1), the diameter of the hole corresponding at least to the inner diameter of the hollow working space.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochdruckwerkzeug mit einer Matrize aus hochdruckfestem Material, insbesondere gesintertem Hartmetall, die einen Arbeitshohlraum begrenzt und von einer Armierung mit wenigstens einem Vorspannungs ring umgeben ist, wobei die Armierung ihrerseits von einem Außenring fest umgeben ist.The invention relates to a high pressure tool a die made of high pressure resistant material, in particular sintered carbide that defines a working cavity and a reinforcement with at least one pretension ring is surrounded, the armouring in turn by a Outer ring is firmly surrounded.

Ein Hochdruckwerkzeug dieser Art ist aus der DE 43 11 249 C2 bekannt. Ein solches Hochdruckwerkzeug wird auch zur Synthese von Diamanten oder kubischem Bornitrid oder der gleichen verwendet. Hierbei werden nicht nur Drücke von 50 bis 80 kBar mittels Preßstempeln im Arbeitshohlraum ausge übt, sondern auch mittels einer elektrischen Heizung eine Betriebstemperatur von über 1200°C in dem vom Hochdruck be lasteten Arbeitsvolumen erzeugt. Obwohl zwischen der Hoch druckmatrize und dem von ihr umgebenen Werkstück Isolierma terial, z. B. Pyrophyllit oder ein Material mit entsprechen den Eigenschaften angeordnet ist, kann auf der Innenseite der Hochdruckmatrize eine Temperatur von einigen hundert Grad Celsius auftreten. Bei einer Oberflächentemperatur von mehr als 250°C an der vom Druck belasteten Innenseite der Matrize und dem hohen Druck von 50 bis 80 kBar kann eine Plastifizierung des Matrizenmaterials, selbst wenn es aus gesintertem Hartmetall besteht, nicht verhindert werden. Die Folge davon ist bei jedem Druckzyklus eine Vergrößerung des druckbelasteten Innendurchmessers der Matrize. Diese Vergrößerung kann schließlich zu einer Beschädigung der Ma trize, z. B. in Form von Mikro- oder Makrorissen, führen.A high pressure tool of this type is from DE 43 11 249 C2 known. Such a high pressure tool is also used Synthesis of diamonds or cubic boron nitride or the same used. Here not only pressures of 50 up to 80 kBar by means of press punches in the working cavity exercises, but also by means of an electric heater Operating temperature of over 1200 ° C in the be from high pressure burdened work volume generated. Although between the high pressure die and the workpiece insulation surrounding it material, e.g. B. pyrophyllite or a material with correspond the properties is arranged on the inside the high pressure die has a temperature of several hundred Degrees Celsius occur. At a surface temperature of more than 250 ° C on the inside of the Die and the high pressure of 50 to 80 kBar can be a Plasticizing the matrix material even if it is made out sintered hard metal, can not be prevented. The result of this is an enlargement for each printing cycle the inner diameter of the die under pressure. This Magnification can eventually damage the Ma trize, e.g. B. in the form of micro or macro cracks.

Die Plastifizierung des Matrizenmaterials läßt sich nicht durch Verringerung des Drucks vermeiden, weil ein sehr ho her Druck eine wesentliche Voraussetzung für eine erfolg reiche Synthese ist. Die thermische Belastung der Matrize hängt dagegen davon ab, in welchem Maße die dem Arbeits hohlraum der Matrize zugeführte Wärme wieder durch das Iso liermaterial in die umgebende Matrize oder an ein Kühlsy stem abgeführt werden kann. Versuche haben gezeigt, daß das Maß der Plastifizierung von gesintertem Hartmetall stark von der Betriebstemperatur abhängt und sogar eine geringfü gige Verringerung der Temperatur die Lebensdauer der Matri ze verlängern kann, bevor ihr Material merklich ermüdet.It is not possible to plasticize the matrix material avoid by reducing the pressure because a very ho Pressure is an essential prerequisite for success is rich synthesis. The thermal load on the die however, depends on the extent to which the work The cavity returns heat to the die through the iso material in the surrounding matrix or on a cooling system stem can be dissipated. Experiments have shown that Degree of plasticization of sintered hard metal strongly depends on the operating temperature and even a slight The temperature of the matri is reduced ze can extend before your material is noticeably tired.

Aus der US-Patentschrift 4 523 748 ist die Ausbildung von Kühlkanälen in der Armierung um die druck- und temperatur belastete Matrize herum, ferner in einer an der einen End fläche der Matrize anliegenden, den auf die Matrize axial ausgeübten Druck eines Druckstempels aufnehmenden Platte und in die Druckstempel an den Endflächen der Matrize umge benden Ringräumen bekannt, um die Kühlwirkung zu erhöhen. Druckbelastete Teile des Hochdruckwerkzeugs sollten jedoch weitgehend frei von Kühlkanälen sein, um eine durch die Kühlkanäle bewirkte Kerbwirkung möglichst zu vermeiden. So weit die Druckstempel unmittelbar von Kühlkanälen umgeben sind, tragen diese zur Vergrößerung der Bauhöhe des Hoch druckwerkzeugs bei. Darüber hinaus verhindern sie die An bringung einer die Druckstempel umgebenden Armierung.From the US patent 4,523,748 is the formation of Cooling channels in the reinforcement around the pressure and temperature loaded matrix around, further in one at one end surface of the die, axially on the die pressure exerted by a printing plate receiving plate and vice versa in the pressure stamp on the end faces of the die ringing spaces known to increase the cooling effect. Parts of the high pressure tool that are under pressure should, however to be largely free of cooling channels to one through the Avoid notching effects caused by cooling channels if possible. Like this far the pressure stamp surrounded directly by cooling channels are, they contribute to increasing the height of the high printing tool at. They also prevent the on bringing a reinforcement surrounding the pressure stamp.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Hochdruck werkzeug der eingangs genannten Art anzugeben, das bei ge ringer Bauhöhe eine hohe Kühlwirkung und damit eine erhöhte Sicherheit gegen eine Plastifizierung des Matrizenmaterials bietet.The invention has for its object a high pressure to specify the tool of the type mentioned at the beginning low height a high cooling effect and thus an increased Security against plasticization of the matrix material offers.

Erfindungsgemäß ist diese Aufgabe dadurch gelöst, daß an wenigstens einer Endfläche der Armierung ein Deckel anlie gend befestigt ist, der einen um die Achse der Matrize her umlaufenden ersten Kühlkanal in der Nähe der Matrize be grenzt und ein zur Matrize koaxiales Loch aufweist, dessen Durchmesser wenigstens dem Innendurchmesser des Arbeits hohlraums entspricht.According to the invention this object is achieved in that cover at least one end face of the reinforcement is attached to one around the axis of the die circumferential first cooling channel near the die borders and has a coaxial to the matrix hole, the Diameter at least the inside diameter of the work corresponds to the cavity.

Ein solcher Deckel kann sehr dünn ausgebildet sein, so daß sich eine geringe Bauhöhe im Verhältnis zum Durchmesser des Hochdruckwerkzeugs ergibt und dennoch eine hinreichende Kühlung der Matrize in den meisten Anwendungsfällen er reicht wird, ohne daß das Material der Matrize plastisch wird.Such a lid can be made very thin, so that a low overall height in relation to the diameter of the High pressure tool results and is still sufficient Cooling the die in most applications is sufficient without the material of the die being plastic becomes.

Vorzugsweise ist dafür gesorgt, daß der Deckel in der Nähe des radial inneren Randes der Armierung axial an der Armie rung anliegt und mit seinem radial äußeren Rand an dem Au ßenring, unter Verbiegung des Deckels zwischen seinem inne ren Rand und seinem äußeren Rand, befestigt ist. Auf diese Weise wird der Deckel in der Nähe des inneren Randes der Armierung an dieser fest angedrückt, so daß sich dort ein inniger, dicht schließender Kontakt zwischen Deckel und Ar mierung ergibt. Dadurch wird eine zuverlässige Abdichtung des Kühlkanals erreicht, ohne die Armierung in ihrem mit dem höchsten Radialdruck belasteten Bereich zusätzlich durch formschlüssige Befestigungsmittel, wie Gewindebohrun gen, zu schwächen.It is preferably ensured that the lid is nearby the radially inner edge of the reinforcement axially on the armature tion and with its radially outer edge on the Au outer ring, bending the lid between its inside ren edge and its outer edge, is attached. To this Way, the lid is near the inner edge of the Armoring firmly pressed on this, so that there is a intimate, tight-fitting contact between lid and ar mation results. This creates a reliable seal of the cooling channel without using the reinforcement in their the area under the highest radial pressure through form-fitting fasteners such as tapping to weaken.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der erste Kühlkanal durch einen radial inneren ersten Ringwulst und einen die sen umgebenden zweiten Ringwulst an der axial inneren Seite des Deckels begrenzt ist. Auf diese Weise wird die im radi al inneren Bereich des Deckels zwischen diesem und der Ar mierung durch das Anschrauben des Deckels ausgeübte An druckkraft auf die beiden Ringwulste verteilt, wobei der zweite Ringwulst als Drehpunkt wirkt und der radial innere erste Ringwulst beim Festziehen der Schraubverbindung etwas entlastet und dabei die Andruckkraft weiter radial nach au ßen verlagert wird. Bei entsprechender Bemessung der Ab stände der Ringwulste und ihrer axialen Höhe können die An druckkräfte zwischen den Ringwulsten und der Armierung so gewählt werden, daß sie weitgehend gleich sind und den zwi schen ihnen liegenden Kühlkanal gegen ein Austreten des Kühlfluids sicher abdichten.It is particularly advantageous if the first cooling channel by a radially inner first ring bead and a die sen surrounding second annular bead on the axially inner side the lid is limited. In this way the radi al inner area of the lid between this and the Ar Anation exerted by screwing on the cover pressure force distributed over the two ring beads, the second ring bead acts as a fulcrum and the radially inner one first ring bead when tightening the screw connection somewhat relieved and the pressure force further radially outwards is shifted. With appropriate dimensioning of Ab Stands of the ring beads and their axial height can the An pressure forces between the ring beads and the reinforcement be chosen that they are largely the same and the two The cooling duct lying against them prevents the Seal the cooling fluid securely.

Ferner ist es möglich, daß der zweite Ringwulst von einem dritten, radial äußeren Ringwulst an der Innenseite des Deckels umgeben ist und der zweite und dritte Ringwulst ei nen zweiten Kühlkanal begrenzen. Bei dieser Ausbildung er gibt sich eine noch wirksamere Kühlung der Matrize.It is also possible that the second ring bead of one third, radially outer annular bead on the inside of the Cover is surrounded and the second and third ring bulge egg limit a second cooling channel. With this training he gives an even more effective cooling of the die.

Wenn der erste und der zweite Ringwulst an der einen End fläche der Armierung anliegen und der dritte Ringwulst am Außenring anliegt, bildet die Armierung gleichzeitig eine Begrenzung der Kühlkanäle, wobei sie unmittelbar mit dem Kühlfluid, vorzugsweise Wasser, in Berührung steht, so daß die Wärme aus der Matrize über die Armierung unmittelbar in das Kühlfluid abgeleitet wird. Gleichzeitig ist es möglich, den Deckel sehr dünn und entsprechend biegsam unter Einhal tung einer geringen Bauhöhe des Hochdruckwerkzeugs auszu bilden.If the first and the second ring bead at one end surface of the reinforcement and the third ring bead on If the outer ring is in contact, the reinforcement also forms one Limitation of the cooling channels, whereby they directly with the Cooling fluid, preferably water, is in contact so that the heat from the die is directly in through the reinforcement the cooling fluid is drained. At the same time it is possible the lid is very thin and flexible under neck a low overall height of the high-pressure tool form.

Alternativ ist es aber auch möglich, daß der oder jeder Kühlkanal durch eine wärmeleitende, membranartig dünne Platte als Teil des Deckels zur Armierung hin geschlossen ist. Eine derartige dünne Platte beeinträchtigt die Wärme ableitung und Bauhöhe nur minimal. Wenn sie entsprechend korrosionsfest ist, schützt sie die Armierung vor einer Korrosion durch das Kühlfluid.Alternatively, it is also possible that the or everyone Cooling channel through a thermally conductive, membrane-like thin Plate closed as part of the lid for reinforcement is. Such a thin plate affects the heat drainage and overall height only minimal. If they do is corrosion-resistant, it protects the reinforcement from Corrosion caused by the cooling fluid.

Sodann kann dafür gesorgt sein, daß der innere Randab schnitt des Deckels eine geringere Dicke als der übrige Teil des Deckels aufweist, insbesondere zum inneren Rand des Deckels hin abgeschrägt ist. Dies ermöglicht die Ein haltung einer geringen Bauhöhe bei entsprechend geringem Abstand zwischen den Deckeln und die Preßstempel umgebenden Armierungen, wobei diese Armierungen im Bereich der Löcher in den Deckeln axial länger ausgebildet werden können, so daß sie während des Heranfahrens der Preßstempel an das Werkstück in diese Löcher eindringen können.Then it can be ensured that the inner margin cut the lid a smaller thickness than the rest Has part of the lid, in particular to the inner edge of the lid is chamfered. This enables the on keeping a low height with a correspondingly low Distance between the lids and the ram surrounding Reinforcements, these reinforcements in the area of the holes axially longer can be formed in the covers, so that during the approach of the ram to the Workpiece can penetrate these holes.

Die Armierung der Matrize kann in der Weise ausgebildet sein, daß sie einen um den Vorspannungsring oder die Vor spannungsringe herumgelegten Wickel aus Stahlband aufweist. Dieser Wickel sorgt für eine besonders feste radiale Ab stützung des Vorspannungsrings oder der Vorspannungsringe.The reinforcement of the die can be designed in this way be one around the preload ring or the front Has tension rings wrapped around steel tape. This wrap ensures a particularly firm radial ab support of the preload ring or rings.

Wenn an der anderen Endfläche der Armierung der Matrize ebenfalls ein derartiger Deckel angebracht ist und die Kühlkanäle beider Deckel über wenigstens einen die Armie rung in der Nähe der Matrize durchsetzenden Kühlkanal ver bunden sind, wobei der eine Deckel eine Eingangsbohrung und der andere Deckel eine Ausgangsbohrung für ein Kühlfluid aufweist, kann das Kühlfluid in den einen Deckel hinein und aus dem anderen herausgeleitet werden und auch aus dem In neren der Armierung die Wärme ableiten.If on the other end surface of the reinforcement of the die such a lid is also attached and the Cooling channels of both lids over at least one armie cooling channel passing through the die are bound, the one cover an input bore and the other cover an outlet hole for a cooling fluid has, the cooling fluid into one cover and be led out of the other and also out of the in dissipate the heat from the reinforcement.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der oder jeder Deckel im umverformten Zustand in der Seitenansicht etwa die Form ei nes flachen Tellers hat. Ein derart geformter Deckel legt sich beim Befestigen zunächst nur mit seinem radial inneren vorspringenden Bereich in der Nähe der Matrize an der Ar mierung an und kann dann durch Verschraubung seines radial äußeren Randbereichs mit dem Außenring bis zur Anlage an der Armierung auf einfache Weise zwischen seinem inneren Rand und seinem äußeren Rand umgebogen und dadurch so vor gespannt werden, daß sein radial innerer Randbereich sehr fest und dicht an der Armierung anliegt.It when the or each lid in the deformed state in the side view about the shape egg flat plate. Such a shaped lid attaches when attaching only with its radially inner protruding area near the die on the ar mation and can then by screwing its radial outer edge area with the outer ring to the system the reinforcement in a simple way between its inner Edge and its outer edge bent over and thus in front be excited that its radially inner edge area very is tight and close to the reinforcement.

Sodann ist es möglich, daß wenigstens der erste Kühlkanal eine am Deckel und der Armierung anliegende Kühlleitung enthält.Then it is possible that at least the first cooling channel a cooling line on the cover and the reinforcement contains.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden nachstehend anhand der beiliegenden Zeichnungen eines bevorzugten Aus führungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:The invention and its developments are as follows based on the accompanying drawings of a preferred Aus management example described in more detail. Show it:

Fig. 1 einen Teil eines Axialschnitts durch ein Ausfüh rungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Hochdruck werkzeugs, Fig. 1 shows a part of an axial section through a exporting of a high pressure according to the invention, for example approximately tool,

Fig. 2 einen Teil des Axialschnitts des Ausführungsbei spiels nach Fig. 1, jedoch ohne Preßstempel und deren Armierung und in einem Zustand, in dem ein an einer Stirnfläche einer Armierung einer Matrize des Hochdruckwerkzeugs anliegender, der Begrenzung von Kühlkanälen dienender Deckel nur teilweise mittels einer Verschraubung festgespannt, dagegen ein entsprechender Deckel an der unteren Stirnflä che der Armierung vollständig festgespannt ist, Fig. 2 shows a part of the axial section of the Ausführungsbei game according to FIG. 1, but without a ram and its armouring and in a state in which a fitting on an end face of a reinforcement of a die of the high-pressure tool, the limitation of cooling channels serving only partially by means of a The screw connection is tightened, whereas a corresponding cover is completely tightened on the lower end face of the reinforcement,

Fig. 3 den gleichen Schnitt wie den der Fig. 2, jedoch in einem Zustand, in dem beide Deckel der Armierung festgeschraubt sind, Fig. 3 shows the same section as the are however, screwed of Fig. 2 in a state in which both cover the reinforcement,

Fig. 4 einen Ausschnitt aus dem Ausführungsbeispiel der er findungsgemäßen Armierung zur Veranschaulichung ei ner etwaigen axialen Relativverschiebung von Teilen der Armierung, Fig. 4 shows a detail of the embodiment of he inventive reinforcement illustrating ei ner any axial relative displacement of parts of the reinforcement,

Fig. 5 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Abhängigkeit von Andruckkräften der Deckel an der Armierung beim Festspannen der Deckel, Fig. 5 is a diagram to illustrate the function of pressure forces the cover to the reinforcement when tightening the cover,

Fig. 6 ein Diagramm zur Veranschaulichung der Andruckkräfte der Deckel der Armierung von einem zwischen den Deckeln und der Armierung ausgeübten Kühlfluid druck, Fig. 6 is a diagram for illustrating the pressing forces of the pressure cover of reinforcement of a pressure exerted between the lids and the reinforcement cooling fluid,

Fig. 7 die Abhängigkeit der Andruckkräfte der Deckel von einer relativen axialen Verschiebung von Teilen der Armierung und Fig. 7 shows the dependence of the pressure forces of the cover on a relative axial displacement of parts of the reinforcement and

Fig. 8 eine Abwandlung des Ausführungsbeispiels nach den Fig. 1 bis 7. Fig. 8 shows a modification of the embodiment according to FIGS. 1 to 7.

Nach Fig. 1 enthält das als Ausführungsbeispiel dargestell te Hochdruckwerkzeug eine Matrize 1 aus hochdruckfestem Ma terial, hier gesintertes Hartmetall, alternativ auch aus Keramik oder Stahl. In der Matrize 1 ist ein Werkstück in Form eines unter anderem aus Graphit bestehenden Blocks 2 angeordnet, auf den zur synthetischen Herstellung von Dia manten mittels gegeneinander wirkender Preßstempel 3 eine so hohe Kraft F ausgeübt wird, daß er einem Druck im Be reich von etwa 50 bis 80 kBar ausgesetzt ist. Gleichzeitig wird zur Erhitzung des Blocks 2 ein Strom I von etwa 1500 A durch die Preßstempel und den Block 2 geleitet, um den Block 2 zusätzlich zu der durch den Kompressionsdruck be wirkten Erhitzung auf insgesamt etwa 1200 bis 1400°C zu er hitzen. Zwischen der Matrize 1 und dem Block 2 ist eine Hülse 4 aus thermisch isolierendem Material, vorzugsweise Pyrophyllit, angeordnet, um die Matrize 1 vor einer Plasti fizierung, gegebenenfalls des gesinterten Hartmetalls, zu schützen, die unter dem hohen Druck bei Oberflächentempera turen von mehr als 250°C auftreten kann. Gegebenenfalls würde sich der Innendurchmesser der Matrize 1 vergrößern, wobei die Matrize Mikro- oder Makrorisse erhält und gegebe nenfalls völlig auseinanderreißt. Zum weiteren Schutz der Matrize 1 ist sie von einer Armierung umgeben, die aus ei ner die Matrize 1 umgebenden Buchse 5, einem ersten die Buchse 5 umgebenden Vorspannungsring 6, einem zweiten den Vorspannungsring 6 umgebenden Vorspannungsring 7, einem den Vorspannungsring 7 umgebenden Wickel 8 aus einem Stahlband und einem den Wickel 8 umgebenden Außenring 9 besteht. Die Berührungsflächen der Buchse 5 und des Vorspannungsrings 6 sind konisch. Die Buchse 5 ist auf der Matrize 1, der Vor spannungsring 6 auf der Buchse 5 und der Vorspannungsring 7 auf dem Vorspannungsring 6 aufgeschrumpft. Der fest um den Vorspannungsring 7 herumgewickelte Wickel 8 bewirkt eine Verlängerung der Lebensdauer der Vorspannungsringe 6 und 7. Zusätzlich zu den dargestellten Vorspannungsringen 6 und 7 können noch weitere Vorspannungsringe vorgesehen sein, um sicherzustellen, daß die Matrize 1 den hohen radialen Druckkräften standhält.According to Fig. 1, as an embodiment dargestell te high-pressure tool includes a die 1 from high pressure-resistant Ma TERIAL sintered carbide here, alternatively from ceramic or steel. In the die 1 , a workpiece is arranged in the form of, among other things, graphite blocks 2 , on the man-made for the synthetic production of diamonds by means of an opposing press ram 3 such a high force F that it has a pressure in the loading range of about 50 up to 80 kBar. At the same time, a current I of about 1500 A is passed through the ram and the block 2 to heat the block 2 in order to heat the block 2 in addition to the heating caused by the compression pressure to a total of about 1200 to 1400 ° C. Between the die 1 and the block 2 , a sleeve 4 made of thermally insulating material, preferably pyrophyllite, is arranged in order to protect the die 1 from plasticization, optionally of the sintered hard metal, which is more than temperatures under the high pressure at surface temperatures 250 ° C can occur. If necessary, the inner diameter of the die 1 would increase, the die receiving micro or macro cracks and possibly tearing it apart completely. For further protection of the die 1 is surrounded by a reinforcement which surrounds from egg ner the die 1 bush 5, a first socket 5 surrounding prestressing ring 6, a second the preload 6 surrounding prestressing ring 7, a coil 8 the prestressing ring 7 surrounding from a steel band and an outer ring 9 surrounding the winding 8 . The contact surfaces of the socket 5 and the bias ring 6 are conical. The socket 5 is shrunk onto the die 1 , the pre-tension ring 6 on the socket 5 and the pre-tension ring 7 on the pre-tension ring 6 . The winding 8 , which is tightly wound around the preload ring 7 , extends the life of the preload rings 6 and 7 . In addition to the illustrated prestressing rings 6 and 7 , further prestressing rings can be provided to ensure that the die 1 withstands the high radial pressure forces.

Durch die Wicklung 8 aus Stahlband kann die zulässige Kraft F der Preßstempel 3 im Vergleich zu einer Armierung, bei der anstelle des Wickels 8 wenigstens ein weiterer Vorspan nungsring vorgesehen ist, um 25 bis 40% erhöht werden.Due to the winding 8 made of steel strip, the permissible force F of the ram 3 can be increased by 25 to 40% compared to a reinforcement in which at least one additional preload ring is provided instead of the winding 8 .

Der Außenring 9 bildet zusammen mit einem Spannring 10 ein Gehäuse. Der Spannring 10 stellt sicher, daß das Werkzeug montiert werden kann.The outer ring 9 forms a housing together with a clamping ring 10 . The clamping ring 10 ensures that the tool can be assembled.

An den Endflächen der Armierung (6 bis 8) ist jeweils ein Deckel 11 dicht anliegend mittels Schrauben befestigt. Je der Deckel 11 begrenzt zusammen mit der Armierung einen er sten Kühlkanal 12 und einen zweiten Kühlkanal 13, die kon zentrisch um die mittlere Achse 14 der Matrize 1 herumlau fen, wobei der erste Kühlkanal 12 in der Nähe der Matrize 1 liegt. Die Deckel 11 haben ferner jeweils ein zur Matrize 1 koaxiales Loch 15, dessen Durchmesser wenigstens dem Innen durchmesser des Arbeitshohlraums entspricht. Im vorliegen den Fall ist der Innendurchmesser der Löcher 15 etwas grö ßer als der Innendurchmesser des Vorspannrings 6. Jeder Deckel 11 liegt dabei mit der axial inneren Fläche eines radial inneren Ringwulstes 16 an der einen Endfläche des Vorspannrings 6, mit einer axial inneren Fläche eines zwei ten Ringwulstes 17 an jeweils einer Endfläche des Vorspann rings 7 und mit einer axial inneren Fläche eines dritten Ringwulstes 18 an jeweils einer axial äußeren Endfläche des Außenrings 9 bzw. des Spannrings 10 fest an. Die Ringwulste 16 und 17 begrenzen hierbei jeweils einen der ersten Kühl kanäle 12 seitlich, während die Ringwulste 17 und 18 je weils einen der zweiten Kühlkanäle 13 seitlich begrenzen. Außerdem sind die Kühlkanäle 12 zusätzlich durch Dichtringe 19 und die Kühlkanäle 13 zusätzlich durch Dichtringe 20 ge gen die Armierung abgedichtet. Der eine Deckel 11 ist mit Ein- und Ausgangsbohrungen 21 und der andere Deckel 11 mit Ein- und Ausgangsbohrungen 22 für ein Kühlfluid, hier Was ser, versehen. Ferner können die Kühlkanäle 12 über wenig stens einen die Armierung, hier den am nächsten bei der Ma trize 1 liegenden Vorspannungsring 6, durchsetzenden Kühl kanal 23 verbunden werden, so daß das Kühlfluid auch die Armierung in der Nähe der Matrize 1 durchströmt.On the end faces of the reinforcement ( 6 to 8 ) a cover 11 is fastened tightly by means of screws. Depending on the cover 11 , together with the reinforcement, it defines a cooling channel 12 and a second cooling channel 13 , which are centered around the central axis 14 of the die 1 , the first cooling channel 12 being located in the vicinity of the die 1 . The lid 11 also each have a coaxial to the die 1 hole 15 , the diameter of which corresponds at least to the inner diameter of the working cavity. In the present case, the inside diameter of the holes 15 is somewhat larger than the inside diameter of the preload ring 6 . Each cover 11 lies with the axially inner surface of a radially inner annular bead 16 on one end surface of the biasing ring 6 , with an axially inner surface of a two-th annular bead 17 on each end surface of the bias ring 7 and with an axially inner surface of a third annular bead 18 to an axially outer end face of the outer ring 9 or the clamping ring 10 . The annular beads 16 and 17 each limit one of the first cooling channels 12 laterally, while the annular beads 17 and 18 each limit one of the second cooling channels 13 laterally. In addition, the cooling channels 12 are additionally sealed by sealing rings 19 and the cooling channels 13 by sealing rings 20 ge conditions the reinforcement. One cover 11 is provided with inlet and outlet bores 21 and the other cover 11 with inlet and outlet bores 22 for a cooling fluid, here what water. Furthermore, the cooling channels 12 can be connected via little least one reinforcement, here the one closest to the master die 1 preload ring 6 , penetrating cooling channel 23 , so that the cooling fluid also flows through the reinforcement near the die 1 .

Die Kühlkanäle 13 haben dagegen jeweils nicht dargestellte Ein- und Ausgangsbohrungen für das Kühlfluid. Die Kühlmit telströmung kann durch eingearbeitete, angeschraubte oder angeschweißte Formelemente gesteuert werden.The cooling channels 13 , on the other hand, each have inlet and outlet bores (not shown) for the cooling fluid. The coolant flow can be controlled by incorporated, screwed or welded shaped elements.

Die Deckel 11 haben eine verhältnismäßig geringe Dicke, wo bei die Dicke des inneren Randabschnitts 24 geringer als die des übrigen Teils des Deckels ist, insbesondere zum in neren Rand des Deckels 11 hin abnimmt, wobei der innere Randabschnitt 24 abgeschrägt ist.The covers 11 have a relatively small thickness, where the thickness of the inner edge section 24 is less than that of the rest of the cover, in particular decreases towards the inner edge of the cover 11 , the inner edge section 24 being chamfered.

Die Preßstempel 3 sind ebenfalls jeweils von einer Armie rung umgeben, die in ähnlicher Weise wie die Armierung der Matrize 1 aus einander in vorgespannter Weise umgebenden Ringen 25, 26 und 27 besteht. Die axiale Höhe dieser Armie rung (25, 26, 27) nimmt auf ihrer axial inneren Seite über dem Randabschnitt 24 der Deckel 11 zur Mitte der Löcher 15 hin zu, so daß bei hinreichender Festigkeit dieser Armie rung nur ein geringer Spalt zwischen ihr und dem jeweiligen Deckel 11 vorgesehen zu werden braucht und sich dementspre chend in Verbindung mit der geringen Dicke bzw. Höhe der Deckel 11 eine insgesamt geringe Bauhöhe des Hochdruckwerk zeugs ergibt.The ram 3 are also each surrounded by a Armie tion, which is similar to the reinforcement of the die 1 from each other in a biased manner surrounding rings 25 , 26 and 27 . The axial height of this Armie tion ( 25 , 26 , 27 ) increases on its axially inner side over the edge portion 24 of the lid 11 to the center of the holes 15 , so that with sufficient strength this Armie tion only a small gap between it and the respective cover 11 needs to be provided and accordingly in conjunction with the small thickness or height of the cover 11 results in a low overall height of the high-pressure tool.

Jeder Deckel 11 liegt in der Nähe seines radial inneren Randes bzw. Loches 15 axial an der Armierung der Matrize 1 an und ist mit seinem radial äußeren Rand an dem Außenring 9, unter Verbiegung des Deckels 11 zwischen seinem inneren Rand und seinem äußeren Rand, mittels Schrauben 28 ange schraubt. Each cover 11 lies axially against the reinforcement of the die 1 in the vicinity of its radially inner edge or hole 15 and is by means of its radially outer edge on the outer ring 9 , by bending the cover 11 between its inner edge and its outer edge Screws 28 are screwed on.

Aufgrund der Verbiegung sind die Deckel 11 gegen die Armie rung der Matrize 1 vorgespannt.Due to the bending, the cover 11 are biased against the arming tion of the die 1 .

Wie die Vorspannung erzielt wird, wird nachstehend anhand von Fig. 2 erläutert.How the preload is achieved is explained below with reference to FIG. 2.

In Fig. 2 ist der untere Deckel 11 im vorgespannten Zustand dargestellt, der obere. Deckel 11 dagegen noch nicht vorge spannt. Jeder Deckel 11 hat im umgespannten bzw. unverform ten Zustand in der Seitenansicht etwa die Form eines fla chen Tellers, wobei sein konvexer mittlerer Teil, der mit dem Loch 15 versehen ist, der Armierung der Matrize 1 zuge kehrt ist. Beim Festziehen der Schrauben 28 stützt sich zu nächst nur der radial innere Ringwulst 16 an der Endfläche des Vorspannungsrings 6 ab, bis sich schließlich der Deckel 11 so weit zwischen seinem radial und seinem radial äußeren Rand verbiegt, daß sich als nächster der zweite Ringwulst 17 an der Endfläche des Vorspannungsrings 7 und schließlich der dritte Ringwulst 18 an der Endfläche des Außenrings 9 bzw. des Spannrings 10 anlegt.In Fig. 2, the lower cover 11 is shown in the prestressed state, the upper one. Lid 11, however, not pre-tensioned. Each lid 11 has in the reclamped or unformed state in the side view approximately the shape of a flat plate, its convex central part, which is provided with the hole 15 , the reinforcement of the die 1 is turned. When tightening the screws 28 , only the radially inner annular bead 16 is initially supported on the end face of the prestressing ring 6 until the cover 11 bends so far between its radial and its radially outer edge that the second annular bead 17 is next the end face of the preload ring 7 and finally the third ring bead 18 abuts the end face of the outer ring 9 or the tension ring 10 .

Gemäß den Fig. 3 und 5 übt jeder Deckel 11, während sein radial äußerer Rand bei der Verbiegung des Deckels um den Weg X verschoben wird, mit dem ersten Ringwulst 16 eine so lange etwa linear ansteigende Kraft F₁ auf den Vorspan nungsring 6 aus, bis auch der zweite Ringwulst 17 auf der Endfläche des Vorspannungsrings 7 aufsitzt und eine etwa linear ansteigende Kraft F₂ auf den zweiten Vorspannungs ring 7 ausübt, wobei dann die Kraft F₁ aufgrund einer Dre hung des Deckels 11 um den zweiten Ringwulst 17 etwa im gleichen Maße abnimmt, wie die Kraft F₂ zunimmt. Die Spann kraft wird schließlich so gewählt, daß die Kräfte F₁ und F₂ zumindest annähernd gleich sind, jedenfalls in dem in Fig. 5 durch einen Kreis umrandeten Betriebsbereich liegen. Referring to FIGS. 3 and 5 exerts each cover 11, while its radially outer edge in the bending of the cap around the path X is shifted to the first annular bead 16 so long as linearly increasing force F ₁ to the Vorspan voltage ring 6 made of, sits up, the second annular bead 17 on the end face of the prestressing ring 7 and an approximately linearly increasing force F ₂ to the second bias ring 7 exerts, in which case the force F ₁ due to Dre 11 hung the cover around the second annular bead 17 is approximately the same Dimensions decreases as the force F ₂ increases. The clamping force is finally chosen so that the forces F ₁ and F _{2 are} at least approximately the same, at least in the operating range surrounded by a circle in FIG. 5.

In diesem Bereich sorgen die an den Endflächen anliegenden Ringwulste 16, 17 und 18 für eine weitgehend ausreichende Abdichtung der Kühlkanäle 12, 13 bis zu relativ hohen Kühl fluiddrücken, ohne daß das Kühlfluid unmittelbar in den heißen Druckbereich der Matrize 1 gelangt, wo es gegebenen falls explosionsartig expandieren (verdampfen) würde. Eine noch höhere Abdichtung für noch höhere Kühlfluiddrücke wird durch die Dichtringe 19 und 20 erreicht.In this area, the annular beads 16 , 17 and 18 abutting the end faces provide for a largely sufficient sealing of the cooling channels 12 , 13 up to relatively high cooling fluid pressures without the cooling fluid directly reaching the hot pressure area of the die 1 , where appropriate would expand (evaporate) explosively. An even higher seal for even higher cooling fluid pressures is achieved by the sealing rings 19 and 20 .

Das Diagramm nach Fig. 6 veranschaulicht, wie sich die Kräfte F₁ und F₂ mit steigendem Fluiddruck P_w (siehe auch Fig. 3) verhalten, wobei der umrandete Bereich des Verlaufs der Kräfte F₁ und F₂ gemäß Fig. 6 den normalen Betriebsbe reich darstellt. Die Kontaktkräfte F₁ und F₂ sollten dabei durch entsprechende Formgebung und Bemessung des Quer schnittsprofils der Deckel 11 so groß sein, daß selbst bei einem weit über den normalen hinausgehenden Kühlfluiddruck P_w eine absolute Dichtheit der Kühlkanäle sichergestellt ist.The diagram according to FIG. 6 illustrates how the forces F ₁ and F ₂ behave with increasing fluid pressure P _w (see also FIG. 3), the bordered area of the course of the forces F ₁ and F ₂ according to FIG. 6 being the normal one Operating area represents. The contact forces F ₁ and F ₂ should be so large by appropriate shaping and dimensioning of the cross-sectional profile of the cover 11 that even with a far beyond the normal cooling fluid pressure P _w an absolute tightness of the cooling channels is ensured.

Durch die sehr hohen im Hochdruckwerkzeug ausgeübten Ra dialkräfte können zwischen den einzelnen Ringen kleine re lative Verschiebungen in Axialrichtung auftreten. Eine sol che axiale Verschiebung Z zwischen den Vorspannungsringen 6 und 7 ist in Fig. 4 dargestellt.Due to the very high Ra dial forces exerted in the high-pressure tool, small relative movements in the axial direction can occur between the individual rings. A sol che axial displacement Z between the bias rings 6 and 7 is shown in Fig. 4.

Eine Verschiebung Z um einige hundertstel Millimeter ist normalerweise für eine weitgehend einwandfreie Funktion des Hochdruckwerkzeugs zulässig, und die vorgespannten Deckel 11 sollten so ausgelegt sein, daß sie eine solche Verschie bung problemlos aufnehmen.A shift Z by a few hundredths of a millimeter is normally permissible for a largely faultless function of the high-pressure tool, and the prestressed cover 11 should be designed so that it can accommodate such a shift without problems.

Bei der in Fig. 4 dargestellten Verschiebung Z verringert sich bei dem oberen Deckel 11 die Kontaktkraft F₂ und bei dem unteren Deckel 11 die Kontaktkraft F₁, so daß die Kühl kanäle 12 undicht werden können.In the displacement Z shown in FIG. 4, the contact force F _{2 is} reduced in the upper cover 11 and the contact force F ₁ in the lower cover 11 , so that the cooling channels 12 can become leaky.

Das in Fig. 7 dargestellte Diagramm zeigt, wie sich die ur sprünglichen Kräfte F₁ und F₂ in Abhängigkeit von einer re lativen Verschiebung Z ändern. Unter der Annahme, daß der Nennwert des Kühlfluiddrucks bei einer Verschiebung von Z = 0 auftritt, sind die Kräfte F₁ und F₂ gleich groß.The diagram shown in FIG. 7 shows how the original forces F ₁ and F _{2 change} depending on a relative displacement Z. Assuming that the nominal value of the cooling fluid pressure occurs with a shift of Z = 0, the forces F ₁ and F _{2 are} equal.

Eine Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels kann darin bestehen, daß die in Form von Nuten in den Deckeln 11 ausgebildeten Kühlkanäle 12 und 13 bei jedem Deckel 11 durch eine wärmeleitende membranartige Platte abgedeckt und dicht geschlossen sind, wobei die in der Seitenansicht tel lerartige Form der Deckel 11 unverändert bleibt. Auch hier bei stellt die beschriebene Art der Befestigung und Verbie gung der Deckel 11, einschließlich ihrer Abdeckplatten, ei nen hohen Kontaktdruck und eine gute Wärmeleitung über die Armierung der Matrize 1 durch die Abdeckplatte zum Kühl fluid hin sicher.A modification of the illustrated embodiment may consist in that the cooling channels 12 and 13 formed in the form of grooves in the covers 11 are covered and sealed with each cover 11 by a heat-conducting membrane-like plate, the tel-like shape of the cover 11 in the side view remains unchanged. Here, too, the type of fastening and verbie supply described for the cover 11 , including their cover plates, ensures a high contact pressure and good heat conduction via the reinforcement of the die 1 through the cover plate to the cooling fluid.

Die membranartigen Abdeckplatten können verschiedene Funk tionen haben. So können sie nicht nur als Wärmeleiter, son dern auch als Korrosionsschutz dienen. Je nach ihrer Funk tion können die Platten eine Dicke von einigen hundertstel Millimetern (in Form einer Folie) bis zu mehreren Millime tern aufweisen.The membrane-like cover plates can have different functions have. So you can not only as a heat conductor, son also serve as corrosion protection. Depending on their radio tion, the plates can have a thickness of a few hundredths Millimeters (in the form of a film) up to several millimes tern.

Eine Abwandlung des dargestellten Ausführungsbeispiels ist ausschnittsweise in Fig. 8 dargestellt. Sie kann darin be stehen, daß wenigstens in dem radial inneren Kühlkanal 12 wenigstens des einen Deckels 11 eine ringförmige Kühllei tung 29, insbesondere Kühlschlange, aus flexiblem wärmelei tenden Material, z. B. Elastomer oder Gummi, eingelegt ist, ohne die Form und Ausführung des Deckels 11 im Querschnitt wesentlich zu verändern. Lediglich die Dichtringe 19 und die sie aufnehmenden Nuten entfallen.A modification of the illustrated embodiment is shown in detail in FIG. 8. You can be in that at least in the radially inner cooling channel 12 at least one cover 11 an annular Kühllei device 29 , in particular cooling coil, made of flexible heat-insulating material, for. B. elastomer or rubber is inserted without significantly changing the shape and design of the cover 11 in cross section. Only the sealing rings 19 and the grooves receiving them are omitted.

Auch bei dieser Abwandlung stellt die beschriebene Art der Befestigung und Verbiegung einen hohen Kontaktdruck sicher, wobei ein großer Teil der Oberfläche der eingelegten Kühl leitung mit der Armierung Verbindung hat und damit eine gu te Wärmeableitung sichergestellt ist. Wichtig ist ein aus der Verbiegung des Deckels 11 herrührender hoher Kontakt druck zwischen Deckel 11 und Kühlleitung 29, um zu verhin dern, daß der Fluiddruck die Kühlleitung 29 ausbaucht und dadurch die wärmeleitende Kontaktfläche zwischen Kühllei tung und Armierung verringert wird.Even with this modification, the described type of fastening and bending ensures a high contact pressure, with a large part of the surface of the inserted cooling line having connection to the reinforcement and thus ensuring good heat dissipation. It is important that a high contact pressure resulting from the bending of the cover 11 between the cover 11 and the cooling line 29 in order to prevent the fluid pressure from bulging the cooling line 29 and thereby reducing the heat-conducting contact surface between the cooling line and the reinforcement.

Diese Abwandlung stellt eine hohe Dichtheit sicher, so daß das Kühlfluid nicht austreten kann. Sie ermöglicht die Ver wendung von Kühlmitteln, die hinsichtlich Sicherheit, Kor rosion oder ähnliches eine absolute Dichtheit erfordern. Die Abwandlung ist außerdem gegen die zuvor beschriebenen relativen Verschiebungen verschiedener Ringelemente in der Armierung weitgehend unempfindlich.This modification ensures high tightness, so that the cooling fluid cannot escape. It enables ver use of coolants with regard to safety, Cor rosion or similar require absolute tightness. The modification is also against the previously described relative displacements of different ring elements in the Reinforcement largely insensitive.

Claims

1. high-pressure tool with a die ( 1 ) made of hochdruckfe stem material, in particular sintered hard metal, which delimits a working cavity and of a reinforcement ( 6 , 7 , 8 ) with at least one preload ring ( 6 ) to give, the reinforcement ( 6- 8 ) for its part is firmly surrounded by an outer ring ( 9 ), characterized in that a cover ( 11 ) is attached to at least one end face of the reinforcement ( 6-8 ), which covers one around the axis ( 14 ) of the die ( 1 ) circulating first cooling channel ( 12 ) in the vicinity of the die ( 1 ) and has a die ( 1 ) coaxial hole ( 15 ) whose diameter corresponds at least to the inside diameter of the working cavity.

2. High-pressure tool according to claim 1, characterized in that the cover ( 11 ) in the vicinity of a radially inner edge of the reinforcement ( 6-8 ) bears axially on the reinforcement ( 6-8 ) and with its radially outer edge on the Outer ring ( 9 ), bending the cover ( 11 ) between its inner edge and its outer edge, BEFE Stigt.

3. High-pressure tool according to claim 2, characterized in that the first cooling channel ( 12 ) by a radially in Neren first annular bead ( 16 ) and a surrounding second annular bead ( 17 ) on the axially inner side of the cover ( 11 ) is limited.

4. High pressure tool according to claim 3, characterized in that the second annular bead ( 17 ) is surrounded by a third, radially outer annular bead ( 18 ) on the inside of the Dec angle ( 11 ) and the second and third ring beads ( 17 , 18th ) limit a second cooling channel ( 13 ).

5. High-pressure tool according to claim 4, characterized in that the first and the second annular bead ( 16 , 17 ) rest on one end face of the reinforcement ( 6-8 ) and the third annular bead ( 18 ) rests on the outer ring ( 9 ).

6. High-pressure tool according to claim 4, characterized in that the or each cooling channel ( 12 ; 13 ) is closed by a heat-conducting, membrane-like thin plate as part of the cover for reinforcement ( 6-8 ).

7. High pressure tool according to claim 6, characterized net that the plate is corrosion resistant.

8. High-pressure tool according to one of claims 1 to 7, characterized in that the inner edge portion ( 24 ) of the lid ( 11 ) has a smaller thickness than the remaining part of the lid ( 11 ), in particular to the inner edge of the lid ( 11 ) is beveled.

9. High-pressure tool according to one of claims 1 to 8, characterized in that the reinforcement ( 6-8 ) of the Matri ze ( 1 ) around the bias ring ( 6 ) or the pre-tension rings ( 6 , 7 ) wrapped around ( 8 ) made of steel strip.

10. High-pressure tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that a cover ( 11 ) according to one of claims 1 to 9 is also attached to the other end face of the reinforcement ( 6-8 ) of the die ( 1 ) and the cooling channels ( 12 , 13 ) of both covers ( 11 ) are connected via at least one cooling channel ( 23 ) passing through the reinforcement ( 6-8 ) in the vicinity of the die ( 1 ), one cover ( 11 ) having an inlet bore ( 21 ) and the other cover ( 11 ) has an outlet bore ( 22 ) for a cooling fluid.

11. High-pressure tool according to one of claims 1 to 9, characterized in that at least the first cooling channel ( 12 ) on the cover ( 11 ) and the reinforcement ( 6-8 ) anlie ing cooling line ( 29 ).

12. High-pressure tool according to one of claims 1 to 11, characterized in that the or each cover ( 11 ) in the undeformed state in the side view has approximately the shape of a flat plate.