DE69813250T2 - Vorrichtung zum heissisostatischen pressen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum isostatischen Heißpressen, aufweisend:
• - einen Druckbehälter mit einer Wand,
• - einen wärmeisolierenden Mantel, welcher eine Ofenkammer umgibt und innerhalb der Wand mit einem ersten Spalt hierzwischen angeordnet ist, wobei der Mantel durch einen oberen Teil an einem oberen Ende geschlossen ist und in einem unteren Teil desselben auf zwei Ebenen mit Öffnungen zu dem Spalt ausgebildet ist, sodass es einem unter Druck stehenden Medium ermöglicht wird, in eine Kühlschlange in dem Spalt durch obere Öffnungen hinein zu gelangen und aus der Schlange in einen ersten Raum unterhalb der Ofenkammer durch die unteren Öffnungen auszuströmen,
• - eine erste Leiteinrichtung, welche daran angepasst ist, das Druckmedium zu führen, und welche einen Besatzraum in der Ofenkammer, der zur Aufnahme eines zu pressenden Besatz ausgebildet ist, umgibt, wobei die Leiteinrichtung eine Öffnung an ihrem oberen Teil und eine Öffnung an dem unteren Teil hiervon besitzt, und so angeordnet ist, dass ein zweiter Spalt hierzwischen und dem wärmeisolierenden Mantel gebildet ist, um einen Fluss des Druckmediums innerhalb des Besatzraumes aufwärts zu führen, um nach dem Erreichen des oberen Teils des wärmeisolierenden Mantels in den zweiten Spalt zu einem zweiten Raum herabbewegt zu werden, welcher unterhalb des Besatzraums und oberhalb des ersten Raumes angesiedelt ist, und
• - erste und zweite Pumpeinrichtungen, wobei die erste Pumpeinrichtung zum Pumpen von gekühltem Druckmedium, welches aus der Kühlschlange ausströmt, von dem ersten Raum nach oben zu der zweiten Pumpeinrichtung, welche in dem zweiten Raum angeordnet ist, ausgebildet ist und um eine Mischung aus dem gekühlten Druckmedium von der ersten Pumpeinrichtung und warmes Druckmedium, welches aus dem zweiten Spalt ausströmt, aufwärts durch den Besatzraum zu pumpen.
• Isostatisches Heißpressen (HIP) ist eine Technik, welche, dank außergewöhnlicher Ergebnisse, welche hierdurch erreicht werden, mehr und mehr benutzt wird, und diese Technik wird beispielsweise benutzt, um ein Herauspressen von so genannten Schrumpfungen in Gussteilen durch das Erhitzen in Kombination mit sehr hohen Gasdrücken in der Ofenkammer zu erreichen, sowie für Turbinenblätter für Flugzeuge, um die Stärke und Lebensdauer hiervon wesentlich zu erhöhen. Ein weiterer Bereich der Anwendung ist die Herstellung von Produkten aus einem sehr kompakten Material, welches durch das Pressen eines Pulvers und das gleichzeitige Erhitzen desselben porenfrei ist.
• Typische Drücke beim isostatischen Heißpressen sind 500-5000 Bar, wobei die Temperatur normalerweise zwischen 500 und 2200ºC variiert. Normalerweise wird eine Temperatur gewählt, die näherungsweise 75% des Schmelztemperatur des fraglichen Materials beträgt. Ein inertes Gas wie Argon wird normalerweise als Druckmedium verwendet.
• Eine Vorrichtung des Typs, wie sie in der Einleitung definiert ist, ist bereits aus dem US- Patent 5 123 832 dieses Anmelders bekannt und die erste und zweite Pumpeinrichtung, welche dort Ejektoren (Strahlpumpen) sind, werden dort zum Kühlen von Besätzen betrieben, welche in dem Besatzraum anwesend sind, nachdem die Erhitzungsphase beendet wurde, aber die Erfindung ist nicht auf die Verwendung einer solchen Vorrichtung für Kühlzwecke beschränkt. Das Druckmedium kann sowohl eine Flüssigkeit als auch gasförmig sein, um die Beschreibung zu vereinfachen und den Gegenstand der Erfindung darzustellen, wird der Fall eines Gases als Druckmedium nachfolgend beschrieben.
• Die bereits bekannte Vorrichtung funktioniert an sich gut, bietet aber in manchen Bereichen Nachteile. Es ist außerordentlich wichtig für das Ergebnis der isostatischen Heißpressung des Besatzes, dass die Kühlung hiervon in einer kontrollierten Weise und bei einer gewünschten Geschwindigkeit, beispielsweise der Anzahl der Grad Kelvin pro Minute, stattfindet. Es ist dann ebenso wichtig, dass die Kühlung im Wesentlichen homogen im gesamten Besatzraum stattfindet, sodass jeder Besatz die gleichen Bedingungen erhält. Die Bewegung der Gase aufwärts in dem Besatzraum findet in der bereits bekannten Vorrichtung in der entgegengesetzten Richtung als der natürlichen Konvektion statt, da die Gase, welche in den Besatzraum gelangen, eine tiefere Temperatur haben als die Besätze und stufenweise während der Aufwärtsbewegung in dem Besatzraum aufgeheizt werden, während die Besätze gekühlt werden, welches es notwendig macht, dass den Gasen ein bestimmter Impuls durch die zweite Pumpeinrichtung gegeben wird, um die Bewegung der Gase in dem Besatz nach oben und dann herunter in den zweiten Spalt möglich zu machen. Das bedeutet, dass dieser Fluss für den Fall vollständig aufhören würde, dass die erste Pumpeinrichtung, welche die zweite Pumpeinrichtung antreibt, während einer kurzen Zeitperiode ausgeschaltet wird, um die Kühlleistung hierdurch zu regulieren, was vollständig unakzeptabel ist und zu Defekten in den Besätzen führen würde. Der Fluss der ersten Pumpeinrichtung und hierdurch der Impuls der zweiten Pumpeinrichtung muss reguliert werden, soll die Kühlleistung reguliert werden, was nur in Schritten möglich ist, diese Regulation ist aber nicht ausreichend genau und sehr träge, da es eine gewisse Zeit dauert, bevor die Gase, welche bereits in dem Besatzraum anwesend sind, den oberen Teil erreicht haben und aus dem Besatzraum herauskommen, nach einem Wechsel der Leistung der ersten Pumpeinrichtung. Zudem wird eine bestimmte Menge des Impulses, welche durch die zweiten Pumpeinrichtung, auf die Gase, welche dadurch gepumpt werden, erzeugt wird, benötigt, um die natürliche Konvektion zu überwinden, sodass die Kühlleistung der bereits bekannten Vorrichtung nur innerhalb eines begrenzten Intervalls reguliert werden kann.
Zusammenfassung der Erfindung
• Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung des Typs, welcher in der Einleitung beschrieben ist, zu schaffen, welche eine genauere Regulation des Einflusses, den das Druckmedium, welches durch die zweite Pumpeinrichtung gepumpt wurde, auf den Besatz in dem Besatzraum, innerhalb eines erwartungsgemäß größeren Bereichs als in der bereits bekannten oben diskutierten Vorrichtung möglich macht.
• Diese Aufgabe wird nach der Erfindung dadurch gelöst, dass eine Vorrichtung des Typs, wie er in der Einleitung beschrieben ist, geschaffen wird, mit einer dritten Pumpeinrichtung, welches in dem zweiten Raum angeordnet ist und durch Pumpen von vorhandenem Druckmedium, welches aus dem zweiten Spalt ausströmt, in die zweite Pumpeinrichtung, um dieses Druckmedium durch die zweite Pumpeinrichtung zu pumpen und eine Steuereinheit, welche zum optionalen Ein- und Ausschalten der ersten und dritten Pumpeinrichtung vorgesehen ist.
• Durch die Anordnung der dritten Pumpeinrichtung und der Steuereinheit zum optionalen An- und Abschalten der ersten und dritten Pumpeinrichtung wird eine Möglichkeit erzielt, eine merkbar genauere Regulation des Einflusses zu erreichen, der durch das Druckmedium, welches durch die zweite Pumpeinrichtung durch den Besatzraum auf den Besatz ausgeübt wird, mit einem merkbar breiteren Bereich als in der Vorrichtung, die bereits bekannt ist. Folglich wird, wenn die erste Pumpeinrichtung ausgeschaltet ist und die dritte Pumpeinrichtung angeschaltet ist, im Wesentlichen warmes Druckmedium, welches aus dem besagten zweiten Spalt ausströmt, durch die zweite Pumpeinrichtung aufwärts durch den Besatzraum gepumpt, sodass in dem Fall des Kühlens des Besatzes der Kühleffekt merklich kleiner ist als wenn anstelle nur die erste Pumpeinrichtung angetrieben werden, aber eine gute Umwälzung und einen Transport des Druckmediums aufwärts in dem Besatzraum, durch die Möglichkeit der zweiten Pumpeinrichtung, dem besagten zweiten Druckmedium einen ausreichenden Impuls durch die dritte Pumpeinrichtung zu geben, sichergestellt ist. Hierdurch ist es möglich, eine sehr genaue Regulation des Kühleffekts durch das alternierende An- und Ausschalten der ersten und dritten Pumpeinrichtung durch die Steuereinheit zu erreichen, ohne die Umwälzung des Druckmediums in dem Besatzraum zu stören und Uneinheitlichkeiten der Kühlung und hierdurch der gepressten Produkte zu erzeugen. Der Kühleffekt kann durch die Zeitperioden, während derer die jeweiligen Pumpeinrichtungen angeschaltet sind, gesteuert werden. Jedoch soll herausgestellt werden, dass der Verwendungsbereich der Vorrichtung nach der Erfindung keineswegs auf das Kühlen beschränkt ist, es ist ebenfalls möglich, die erste Pumpeinrichtung abzuschalten und die dritte Pumpeinrichtung während gesamter Teile der Aufheizphase des isostatischen Heißpressens anzuschalten, um eine gute Umwälzung des Druckmediums und hierdurch eine gute Einheitlichkeit des Einflusses desselben auf den Besatz und hierdurch einheitliche Eigenschaften der Besätze unabhängig von deren Ort im Besatzraum zu erhalten.
• Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung zum Kühlen der Besätze nach einer beendeten Aufheizphase ausgebildet und die zweite Pumpeinrichtung zum Pumpen des Druckmediums ausgebildet, welches eine geringere Temperatur hat als die Temperatur des Besatzes zum Aufheizen desselben, durch Wärmeübertragung von dem Besatz, wenn es aufwärts in dem Besatzraum bewegt wird, von dem zweiten Raum aufwärts in den Besatzraum, und die Steuereinheit zum wechselnden An- und Ausschalten der ersten und dritten Pumpeinrichtung ausgebildet, sodass eine von diesen zurzeit Druckmedium zu der zweiten Pumpeinrichtung pumpt.
• Der Kühleffekt kann genau, ohne die Umwälzung des Gases in dem Besatzraum durch die zweiten Pumpeinrichtung zu stören, durch alternierendes Schalten der dritten Pumpeinrichtung reguliert werden, welche die zweite Pumpeinrichtung antreibt, ohne einen wesentlichen Kühleffekt zu erzeugen und die ersten Pumpeinrichtung, welche die zweite Pumpeinrichtung antreibt, während ein merkbar größerer Kühleffekt durch diese Art gebildet wird.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Steuereinheit dazu ausgebildet, während der Heizphase des isostatischen Heißpressens zum Verteilen des warmen Druckmediums die dritte Pumpeinrichtung an- und die erste Pumpeinrichtung auszuschalten. Es ist hierdurch möglich, die zweite Pumpeinrichtung dazu zu benutzen, eine gute Verteilung des Druckmediums in dem Besatzraum sicherzustellen, auch während der eigentlichen Aufheizphase, sodass die zweite Pumpeinrichtung hierdurch einen erweiterten Anwendungsbereich hat und vermag dazu beizutragen, die Einheitlichkeit des Einflusses auf den Besatz während der Heizphase des isostatischen Heißpressens zu verbessern.
• Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Druckmedium ein inertes Gas und die zweite Pumpeinrichtung eine Strahlpumpe, welche zum Pumpen warme Gase, welche aus besagtem zweiten Spalt ausströmen, mittels Strahlen von der ersten Pumpeinrichtung und der dritten Pumpeinrichtung vorgesehen ist. Es ist hierdurch möglich, merklich größere Flüsse von warmem Gas, ausströmend von dem zweiten Spalt in die zweite Pumpeinrichtung hineinzuführen durch vergleichsweise kleine Ströme von der ersten und der dritten Pumpeinrichtung und diese Ströme, passierend die Besätze und hinab in den zweiten Spalt in Zirkulation zu bringen, sodass eine gute Vermischung erzielt wird und die Temperaturdifferenz zwischen den Gasen, welche die Besätze passieren und den Besätzen nicht zu groß ist.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste Pumpeinrichtung und die zweite Pumpeinrichtung Strahlpumpen, welche durch Gasstrahlen angetrieben werden, welche eine geringere Temperatur haben als die warmen Gase aus dem zweiten Spalt und welche aus einem Kompressor, welcher außerhalb des Druckbehälters angeordnet ist herausströmen. Die erste und dritte Pumpeinrichtung können vorzugsweise durch solche kalten Gase angetrieben werden, welche eine Temperatur besitzen, welche zu gering ist, um ihnen einen direkten Kontakt mit den Besätzen zu gestatten, wobei jedoch in dem durch diese Pumpeinrichtung in der zweiten Pumpeinrichtung erzielten Fluss dieses Gas nur aus einer Fraktion des Masseflusses besteht, sodass die Temperatur hiervon akzeptabel sein wird. Eine innige Mischung der aus dem ersten und zweiten Pumpeinrichtung ausströmenden Ströme, mit dem aus dem zweiten Spalt ausströmenden warmen Gas, findet ebenfalls in der zweiten Pumpeinrichtung statt. Für den Fall, dass nur die dritte Pumpeinrichtung während der besagten Aufheizphase angeschaltet ist, wird der Hauptteil des Flusses, der hierdurch geliefert wird, durch die warmen Gase gebildet, wobei dieser Fluss wiederum einen noch größeren Fluss von warmen Gasen aus dem zweiten Spalt heraus aus der zweiten Pumpeinrichtung und in den Besatzraum bildet, sodass das kalte Gas, welches in die dritte Pumpeinrichtung eingeführt wird, die Temperatur des Gases, welches den Besatzraum erreicht, nicht durch die zweiten Pumpeinrichtung in einem Umfang beeinträchtigt wird, der erwähnenswert wäre.
• Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die erste und zweite Pumpeinrichtung mit dem gleichen Kompressor verbunden, und die Steuereinheit zum Steuern der Ventileinrichtung des Auslasses des Kompressors zum Steuern des Flusses von kaltem Gas aus dem Kompressor zu der ersten oder dritten Pumpeinrichtung. Das bildet einen sehr einfachen und zuverlässigen Aufbau der Regulierungsmöglichkeiten einer Vorrichtung nach der Erfindung, da es zuverlässig sichergestellt werden kann, dass nur eine der ersten oder dritten Pumpeinrichtung angeschaltet zur gleichen Zeit ist, was praktisch das ist, was gewünscht ist, obwohl es sicherlich denkbar ist, dass beide zur gleichen Zeit angeschaltet sind. Zudem sind die Vorrichtung und die Steuerung derselben durch die Verwendung von einem und demselben Kompressor einfach, um beide, die erste und dritte Pumpeinrichtung, anzutreiben.
• Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Bodenplatte zum Trennen des ersten und des zweiten Raumes und hierdurch des Flusses von warmem Druckmedium von dem zweiten Spalt und kühlem Druckmedium von dem ersten Spalt voneinander. Eine gut steuerbare Regulation des Flusses von Druckmedium durch die zweite Pumpeinrichtung in Bezug auf das Verhältnis von warmem und kaltem Druckmedium, welches aus der dritten und ersten Pumpeinrichtung jeweils ausströmt, wird hierdurch erreicht.
• Entsprechend einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die dritte Pumpeinrichtung in besagter Bodenplatte angeordnet und hat den Auslass derselben nach oben gerichtet, welches eine bevorzugte Anordnung der dritten Pumpeinrichtung bildet und in einer Weiterentwicklung dieser Ausführungsform umfasst die Vorrichtung eine zweite Kanaleinrichtung, welche von dem zweiten Raum in die Bodenplatte sich zur Leitung von warmem Druckmedium erstreckt, welches von dem zweiten Spalt zu der dritten Pumpeinrichtung ausströmt. Die Bodenplatte kann in dieser Weise in bevorzugter Weise benutzt werden, um besagtes warmes Druckmedium in die dritte Pumpeinrichtung zu leiten, um es durch die dritte Pumpeinrichtung zu der zweiten Pumpeinrichtung zu pumpen.
• Weitere Vorteile als auch vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung erscheinen aus der nachfolgenden Beschreibung und den anderen abhängigen Ansprüchen.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
• Bezug nehmend auf die angehängte Zeichnung folgt hiernach eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, welche als Beispiel bezeichnet wird. In der Zeichnung:
• Die einzige Fig. 1 ist eine geschnittene Ansicht, zeigend eine Vorrichtung nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung zum isostatischen Heißpressen.
Ausführliche Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung
• Eine isostatische Heißpresse welche ein inertes Gas wie Argon als Druckmedium benutzt und für eine schnelle Kühlung des darin aufgenommenen Besatzes am Ende eines Zyklus eines isostatischen Heißpressens entwickelt ist, ist in Fig. 1 dargestellt. Eine derartige schnelle Kühlung des gepressten Besatzes ist zum Beispiel bei der Herstellung von Nickel-basierten Legierungen gewünscht. Es ist zur Erreichung geeigneter Materialeigenschaften dieser Legierungen, ohne jeglichen Bedarf an beträchtlichen Wärmebehandlungsvorgängen wie Aufheizen und Abschrecken nach der Behandlung in einer isostatischen Heißpresse, erwünscht, dass der Besatz, auch wenn er in der isostatischen Heißpresse anwesend ist, schnell gekühlt werden kann. Übliche Behandlungstemperaturen in solchen isostatischen Heißpressen sind 1000-1400ºC, wobei die Besätze von diesen Temperaturen auf 600ºC mit einer Geschwindigkeit von 40-155ºC pro Minute heruntergekühlt werden sollen.
• Die Vorrichtung besitzt einen Druckbehälter 1 mit einer Wand 2, welche mit Einrichtungen 3 zur Wasserkühlung derselben ausgestattet ist. Der obere Teil und das Unterteil der Druckkammer sind jeweils mit Schließeinrichtungen 4 und 5 ausgestattet. Die Bodenschließeinrichtung 5 ist mit Durchgangsröhren 6, 7 für die Zuführung von Gas aus einem verbundenen Kompressor, welcher sich außerhalb des Druckbehälters befindet ausgebildet. Zudem ist eine Röhre 9 zum Zuführen von Gas aus der Druckkammer angeordnet. Es ist nicht erwünscht, die Gasmenge innerhalb der Kammer während des Schnellkühlens des Besatzes zu ändern, sodass das Gas, welches die Kammer durch die Röhre 9 verlässt, zu dem Kompressor 8 zurückgeleitet wird, um es herumzupumpen.
• Die Besätze 10, die dem isostatischen Heißpressen ausgesetzt werden sollen, sind in einem Besatzraum 11 in eine Ofenkammer 12 angeordnet, welche von einem wärmeisolierenden Mantel 13 umgeben ist, der an der Oberseite durch einen Oberteil 14 geschlossen ist und an einem Unterteil hiervon mit Öffnungen 15, 16 zu einem ersten Spalt 17 zwischen der Wand 2 und dem wärmeisolierenden Mantel 13 auf zwei Ebenen ausgebildet ist, um es Druckmedium zu gestatten, in eine Kühlschlange in diesem Spalt durch die oberen Öffnungen 15 hinein zu gelangen und aus der Kühlschlange in einen ersten Raum 18, befindlich zwischen der Ofenkammer, durch die unteren Öffnungen 16 herauszuströmen.
• Zudem ist die Ofenkammer an ihrem Boden durch eine wärmeisolierende Bodenplatte 19 begrenzt, welche zum Trennen des ersten Raumes 18 von einem zweiten Raum 20, welcher oberhalb der Bodenplatte, aber unterhalb des Besatzraumes angeordnet ist angeordnet ist. Die Bodenplatte 19 ist separat an den Boden der Druckkammer montiert und nicht fest mit dem Isoliermantel 13 verbunden. Eine erste Leiteinrichtung in der Form eines Korbes 21 umgibt den Besatzraum in der Ofenkammer und ist zum Führen von warmem Gas nach oben durch den Besatzraum während des Wärmetauschens mit dem Besatz vorgesehen und dann herab in einen zweiten Spalt 22 zwischen dem letzteren und dem wärmeisolierenden Mantel. Die warmen Gase verlassen den zweiten Spalt im Boden zu besagtem zweiten Raum 20.
• Die Vorrichtung besitzt zudem eine zweite Leiteinrichtung 23, welche durch ein Blatt zum Leiten der Druckmedium-Zirkulation in besagter Kühlschlange in dem ersten Spalt 17 gebildet wird, sodass das Gas in der Richtung nach oben ohne Kontakt mit der Behälterwandung und nach unten in Kontakt mit der Behälterwandung 2 zirkuliert und die zweite Leiteinrichtung 23 einen oberen offenen Teil zum Führen von Druckmedium, welches dort ankommt besitzt, um es in den Raum zwischen der zweiten Leiteinrichtung und der Behälterwand zum Herabfließen darin gelangen zu lassen.
• Die Vorrichtung besitzt zudem eine erste Pumpeinrichtung 24 in Form einer Strahlpumpe oder Injektors welche mit einem Strahl von kaltem Gas aus dem Kompressor 8 durch die Leitung 6 versorgt wird. Diese erste Pumpeinrichtung ist in dem ersten Raum 18 angeordnet um abgekühltem Gas, welches aus der Kühlschlange in besagten ersten Spalt 17 ausströmt einen Impuls zu geben und es hierdurch in eine erste Kanaleinrichtung 25 zu pumpen, welche durch die Bodenplatte 19 zu einer zweiten Pumpeinrichtung 26, welche in dem zweiten Raum 20 angeordnet ist, führt. Der Hauptfluss durch die Kanaleinrichtung 25 wird hierdurch aus Gas gebildet, welches aus der besagten Kühlschlange ausströmt, während nur ein Anteil von höchstens einem Fünftel aus kaltem Gas aus dem Kompressor 8 besteht. Der Fluss, welcher in dieser Weise durch die Kanaleinrichtung 25 gebildet ist, treibt die zweite Pumpeinrichtung 26 an, welche entsprechend ebenfalls als Strahlpumpe oder Ejektor ausgebildet ist, in welcher warmes Gas welches aus dem zweiten Spalt 22 ausströmt einen Impuls von dem Fluss aus der ersten Pumpeinrichtung erhält, wobei die Größe des Impulses proportional zu dem Massenfluss und der Geschwindigkeit des besagten Flusses ist und welcher damit vermischt wird, so dass diese Mischung, welche gut umgewälzt eine etwas tiefere Temperatur hat als der Besatz, am Boden in den Besatzraum gepumpt wird.
• Die Vorrichtung besitzt zudem ein dritte Pumpeinrichtung 27, welche zum Erhalt von kaltem Treibgas aus dem Kompressor 8 durch die Leitung 7 vorgesehen ist und als Strahlpumpe oder Ejektor arbeitet und warmem Gas, welches aus dem zweiten Spalt 22 ausströmt, einen Impuls in Richtung zu der zweiten Pumpeinrichtung 26 zum Antreiben derselben gibt. Die dritte Pumpeinrichtung ist in der Bodenplatte 19 angeordnet, welche eine zweite Kanaleinrichtung 31 zum Leiten warmen Gases aus dem zweiten Raum 20 zu der dritten Pumpeinrichtung besitzt.
• Die Vorrichtung besitzt zudem eine Steuereinheit 28, welche Zweiwegeventileinrichtungen 30 beeinflusst, welche parallel in der Auslassleitung 29 aus dem Kompressor 8 verbunden sind, um kaltes Gas, welches von dem Kompressor 8 kommt einerseits zu der ersten Pumpeinrichtung 24 oder zu der dritten Pumpeinrichtung 27 zu leiten. Hierdurch ist eine dieser Ventileinrichtungen immer offen und die andere geschlossen. Ein einziges 3-Wege-Ventil würde anstelle im Prinzip möglich sein, aber es gibt zurzeit keine 3-Wege-Ventile, welche den in Frage stehenden Drücken widerstehen.
• Die Vorrichtung nach der Erfindung funktioniert in der folgenden Weise. Wenn die Heizphase des isostatischen Heißpressens beendet ist und es gewünscht ist, eine vergleichsweise schnelle aber gleichwohl einheitliche Kühlung der Besätze 10 zu erreichen, steuert die Steuereinheit 28 die Ventilmittel 30 zum wechselnden Betreiben der ersten Pumpeinrichtung und der dritten Pumpeinrichtung wodurch die Massenströme hiervon die zweite Pumpeinrichtung wechselnd antreiben. Wenn die erste Pumpeinrichtung betrieben wird, enthält der Gasstrahl, welcher die zweite Pumpeinrichtung antreibt, im Wesentlichen gekühltes Gas, welches aus der Kühlschleife durch die Öffnung 16 ausströmt und in der zweiten Pumpeinrichtung 26 warmes Gas aus dem zweiten Spalt 22 ansaugt, sodass diese gut mit einander gemischt werden und ein Gasfluss aufwärts in den Besatzraum 11 gebildet wird. Dieser Gasfluss wird, wenn er in den Besatzraum hineingelangt, eine Temperatur aufweisen, welche geringer ist als die Temperatur des Besatzes und hierdurch während der Aufwärtsbewegung durch in den Besatzraum aufgeheizt, so dass dieser Fluss durch das Pumpeinrichtung 26 gegen die Richtung der natürlichen Konvektion gepumpt werden muss. Ein Teil der warmen Gase, welche den zweiten Raum 20 aus dem Spalt 22 erreichen, wird in das zweite Pumpeinrichtung 26 geführt, während ein Teil durch den wärmeisolierenden Mantel durch die Öffnung 15 austritt und dann in der Kühlschleife zirkuliert, welche darin durch natürliche Konvektion gebildet ist zum Ausströmen in den ersten Raum 18 durch die Öffnung 16. Ein Teil von diesem gekühlten Gas aus der Öffnung 16 wird dann nach oben strömen und wieder in die Kühlschlange durch die Öffnung 15 hineingelangen, zusammen mit dem warmen Gas, während ein Teil sich zu der ersten Pumpeinrichtung 24 bewegt.
• Wenn das Ventilmittel 30 dann durch die Steuereinheit 28 so gesteuert wird, dass die dritte Pumpeinrichtung über die Verbindung 7 mit dem Kompressor 8 verbunden ist anstelle der Förderung von kaltem Gas hierzu, werden diese kalten Gase warmen Gasen in dem ersten Raum durch die zweite Kanaleinrichtung einen Impuls nach oben zu der zweiten Pumpeinrichtung 26 geben und den Strahl bilden, der sie antreibt, welches wiederum warmen Gasen aus dem Spalt 22 in der zweiten Pumpeinrichtung 26 einen Impuls nach oben gibt, sodass eine Umwälzung erreicht wird und eine im Wesentlichen homogene Gasmischung mit einer Temperatur, welche lediglich ein bisschen geringer ist als die Temperatur des Besatzes erreicht wird und aufwärts durch den Besatzraum geführt wird. Die dritte Pumpeinrichtung mag während der eigentlichen Aufheizphase so betrieben werden, dass sie alleine die zweite Pumpeinrichtung 26 für eine gute Umwälzung der warmen Gase, welche den Besatz passieren, antreibt, wobei Heizelemente, die in der Zeichnung nicht gezeigt sind und entlang dem wärmeisolierenden Mantel angeordnet sind, um die geringere Temperatur zu kompensieren, welche von diesen Gasen als Konsequenz aus dem kleineren Anteil von kaltem Gas darin aufgenommen wird, welches in der drittem Pumpeinrichtung hier hineingemischt wird.
• Die Steuereinheit 28 kann die Ventilmittel 30 zum wechselnden Einschalten der ersten Pumpeinrichtung oder der dritten Pumpeinrichtung während kurzer Zeitspannen steuern, wenn die Besätze 10 schnell gekühlt werden, um eine sehr genaue Regulation des Kühleffekts ohne Störung der Umwälzung des Gases in dem Besatzraum zu erzielen.
• Die Erfindung ist selbstverständlich in keiner Weise auf die bevorzugte Ausführungsform, die oben beschrieben ist, beschränkt, denn mehrere Möglichkeiten der Veränderung hiervon sind einem Fachmann geläufig, ohne von der wesentlichen Idee der Erfindung, wie sie aus den Ansprüchen ersichtlich ist, zu verlassen.
• Es ist beispielsweise ohne weiteres möglich, ein anderes Druckmedium als Gas, z. B. Öl, zu verwenden. Eine derartige Presse kann für die Herstellung von Explosivmitteln verwendet werden.
• Es ist ebenfalls möglich, die beiden Auslässe der zwei Kanaleinrichtungen aus der ersten und dritten Pumpeinrichtung zu einer Kanaleinrichtung zusammenzuführen, welche gemeinsam in die zweite Pumpeinrichtung mündet.
• Zudem kann die Vorrichtung mehr als eine erste und dritte Pumpeinrichtung besitzen.
• Die anspruchsgemäße Definition dritte Pumpeinrichtung hat die Bedeutung, dass sie ebenfalls den Fall umfasst, in welchem keine Pumpeinrichtung im eigentlichen Sinne hiervon vorhanden ist, jedoch der Druckmediumstrahl, der aus dem Kompressor kommt, direkt durch die Leitung 7 in die zweite Pumpeinrichtung geführt ist. Dieser Strahl wird dann als dritte Pumpeinrichtung aufgefasst, welche dann entsprechend einen Teil der zweiten Pumpeinrichtung bildet. Es wird jedoch herausgestellt, dass es vorteilhaft ist, die Düse der dritten Pumpeinrichtung weiter nach unten anzuordnen, wie es in Fig. 1 dargestellt ist, um sie zu schützen.

Claims (15)

1. Vorrichtung beim isostatischen Heißpressen umfassend:

- einen Druckbehälter (1) mit einer Wandung (2),

- einen wärmeisolierenden Mantel (13) welcher eine Ofenkammer (12) umgibt, und innerhalb der Wand mit einem ersten Spalt (17) dazwischen angeordnet ist, wobei der Mantel an seiner Oberseite (14) geschlossen ist und in seinem unteren Bereich auf zwei Ebenen mit oberen und unteren Öffnungen (15, 16) zu diesem Spalt versehen ist, um es einem Druckmedium zu ermöglichen, in eine Kühlschleife in diesem Spalt durch die oberen Öffnungen (15) zu gelangen und aus der Schleife in einen ersten Raum (18), welcher unterhalb der Ofenkammer angeordnet ist, durch die unteren Öffnungen (16) auszuströmen,

- eine erste Leiteinrichtung (21), welche dazu ausgebildet ist, das Druckmedium zu leiten und welche einen Besatzraum (11) umgibt, der sich in der Ofenkammer befindet und dazu ausgebildet ist, zu pressende Besätze (10) aufzunehmen, wobei die Leiteinrichtung eine Öffnung an einem oberen Teil hiervon und eine Öffnung an dem unteren Teil hiervon aufweist und so angeordnet ist, dass ein zweiter Spalt (22) hierzwischen und dem wärmeisolierenden Mantel gebildet wird, um einen Druckmediumfluss innerhalb des Besatzraums aufwärts zu leiten, der sich, nachdem der obere Teil des wärmeisolierenden Mantels erreicht wurde, im zweiten Spalt zu einem zweiten Raum (20), abwärts bewegt, welcher sich unterhalb des Besatzraums und oberhalb des ersten Raums befindet, und

- eine erste und eine zweite Pumpeinrichtung, wobei die erste Pumpeinrichtung (24) so ausgebildet ist, dass sie gekühltes Druckmedium, welches von der Kühlschleife ausströmt, vom ersten Raum (18) aufwärts in die zweite Pumpeinrichtung (26), welche im zweiten Raum (20) angeordnet ist, pumpt und welche eine Mischung aus gekühltem Druckmedium aus der ersten Pumpeinrichtung und warmem Druckmedium, welches aus dem zweiten Spalt ausströmt, aufwärts durch den Besatzraum pumpt, dadurch gekennzeichnet, dass

- sie eine im zweiten Raum (20) angeordnete dritte Pumpeinrichtung (27) aufweist, welche aus dem zweiten Spalt (22) ausströmendes, warmes Druckmedium zu der zweiten Pumpeinrichtung (26) pumpt, um dieses Druckmedium von der zweiten Pumpeinrichtung pumpen zu lassen, und dass sie zudem eine Steuereinheit (28) umfasst, welche zum wahlweisen An- und Ausschalten der ersten und der dritten Pumpeinrichtung ausgebildet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie dazu ausgebildet ist, die Besätze (10) nach einer beendeten Heizphase zu kühlen, und die zweite Pumpeinrichtung (26) dazu ausgebildet ist, ein Druckmedium, welches eine niedrigere Temperatur aufweist als die Temperatur der Besätze, zum Aufheizen desselben durch Wärmeübertragung von den Besätzen wenn es sich aufwärts in den Besatzraum bewegt, vom zweiten Raum (20) aufwärts in den Besatzraum zu pumpen, und dass die Steuereinheit dazu ausgebildet ist, die erste und die dritte Pumpeinrichtung wechselnd an- und auszuschalten, so dass immer nur eine von ihnen Druckmedium zu der zweiten Pumpeinrichtung pumpt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (28) dazu ausgebildet ist, zum Umwälzen des warmen Druckmediums die dritte Pumpeinrichtung (27) während der Heizphase des isostatischen Heißpressens angeschaltet und die erste Pumpeinrichtung ausgeschaltet zu lassen.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckmedium ein inertes Gas ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Pumpeinrichtung eine Strahlpumpe ist, die dazu ausgebildet ist, durch Strahlen aus der ersten Pumpeinrichtung (24) und der Pumpeinrichtung (27) angetrieben zu werden, um warme Gase zu pumpen, die aus dem zweiten Spalt (20) ausströmen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Pumpeinrichtung (24) und die dritte Pumpeinrichtung (27) Strahlpumpen sind, die so angeordnet sind, dass sie durch Gasstrahlen angetrieben werden, welche eine geringere Temperatur haben als die warmen Gase aus dem zweiten Spalt und welche aus einem Kompressor (8) ausströmen, welcher außerhalb des Druckbehälters angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste (24) und die dritte (27) Pumpeinrichtung mit demselben Kompressor verbunden sind, und dass die Steuereinheit so angeordnet ist, dass sie eine Ventileinrichtung (30) des Auslasses (29) des Kompressors steuert, welche den Fluss von kaltem Gas aus dem Kompressor zu der ersten oder der dritten Pumpeinrichtung steuert.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Bodenplatte (19) besitzt, welche so angeordnet ist, dass sie den ersten (18) und zweiten (20) Raum trennt und hierdurch den Fluss von warmem Druckmedium aus dem zweiten Spalt (22) und gekühltem Druckmedium aus dem ersten Spalt (17) voneinander trennt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Bodenplatte (19) aus wärmeisolierendem Material ausgebildet ist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass eine Öffnung so zwischen dem wärmeisolierenden Mantel und der Bodenplatte angeordnet ist, dass eine Verbindung zwischen dem ersten (18) und dem zweitem (20) Raum ermöglicht ist.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet dass sie eine erste Kanaleinrichtung (25) umfasst, angeordnet, um ein Druckmedium von der ersten Pumpeinrichtung (24) durch die Bodenplatte zu der zweiten Pumpeinrichtung (26) zu führen.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Pumpeinrichtung (27) in der Bodenplatte angeordnet ist, und der Auslass hiervon nach oben gerichtet ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie eine zweite Kanaleinrichtung (31) umfasst, welche sich von dem zweiten Raum (20) in die Bodenplatte erstreckt, um warmes Druckmedium, welches aus dem zweiten Spalt ausströmt, der dritten Pumpeinrichtung zuzuführen.

14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass es eine zweite Leiteinrichtung (23) umfasst, zum Leiten der Zirkulation von Druckmedium in der Kühlschleife in dem ersten Spalt (17), so dass das Druckmedium in der Aufwärtsrichtung ohne jeglichen Kontakt mit der Behälterwand (2) und in der Abwärtsrichtung in Kontakt mit der Behälterwand zirkuliert, und dass die zweite Leiteinrichtung einen offenen oberen Teil zum Leiten von dort ankommendem Druckmedium besitzt, so dass es in einen Raum zwischen der zweiten Leiteinrichtung und der Behälterwand gelangt, um darin nach unten zu fließen.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen (15, 16) in dem wärmeisolierenden Mantel (13) und die erste Pumpeinrichtung (24) derart zueinander angeordnet sind, dass ein Teil des gekühlten Druckmediums, der aus dem ersten Spalt in den ersten Raum gelangt, erneut durch die oberen Öffnungen (15) in dem wärmeisolierenden Mantel in die Kühlschleife gelangt.