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Verfahren und Vorrichtung zum Formen von Behältern, Behälterrümpfen oder Behälterteilen aus einem dünnwandigen Vorformling
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nicht-hältem. Behälterrümpfen oder Behälterteilen aus einem aus dünnwandigem, plastisch verformbarem, je- doch nichtthermoplastischem Werkstoff bestehenden Vorformling durch den Druck von Explosivstoffen, bei welchem der Vorformling in einer als mehrteilige Matrize ausgebildeten, schliessbaren sowie druck- festen Form in einem in sich geschlossenen Randzonenbereich zwischen Druckraum und Profilraum der Matrize eingespannt wird, erfindungsgemäss ein Treibstoff oder Sprengstoff, vorzugsweise ein brennba- res Gas oder Gasflüssigkeitsgemisch,
in den auf der einen Seite des Vorformlings liegenden abgeschlos- senen Druckraum eingebracht, gezündet und die Abgase abgeführt werden, wobei der Vorformling durch den auf ihn unmittelbar einwirkenden Druck der Verbrennungsgase bzw. des explodierenden Sprengstoffes in den Profilraum der Matrize hinein verformt wird, Bei dem neuen Verfahren können die während der Verbrennung auftretenden, kurzzeitigen hohen
Drücke ähnlich wie beim Verbrennungsmotor ohne nennenswerte Dichtungsschwierigkeiten beherrscht wer- den. Darüber hinaus läuft der Arbeitsvorgang sehr schnell ab, so dass bei entsprechender Ausbildung der
Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens eine rasche Arbeitsfolge erzielt werden kann.
Das erfindungsgemäss ausgebildete Verfahren eignet sich ohne weiteres auch dazu, mehrere Behälter- rümpfe oder Behälterteile aus einem gemeinsamen Vorformling gleichzeitig in einer Form herzustellen.
Es können beispielsweise jeweils zwei becherförmige Behälter bzw. Behälterrümpfe in einem Verfor- mungsvorgang gestaltet werden. Weiterhin ist es möglich, zwei und mehr rohrförmige Behälterrümpfe durch Anwendung eines einzigen Druckstosses zu formen, wobei es lediglich notwendig ist, eineent- sprechend ausgebildete Matrize zu verwenden, in die beispielsweise ein zylindrischer Vorformling ein- geführt wird, welcher nach demUmformungsprozess quer zu seiner Längsrichtung unterteilt wird.
In Weiterbildung des erfindungsgemäss ausgebildeten Verfahrens ist vorgesehen. dass gegebenenfalls unter der Einwirkung des in der Form erzeugten Druckes ausser der Umformung des Vorformlings in der
Wandung des Formlings zusätzliche Prägungen erzeugt und/oder Löcher eingebracht werden. Die Schaf- fung derartiger Prägungen lässt sich ohne weiteres durch entsprechende Gestaltung der Innenwandung der
Matrize ermöglichen. Wenn sowohl eine Verformung und Prägung als auch eine Einstanzung von Löchern in der Behälterwandung unter der Einwirkung hohen Druckes erfolgen soll, empfiehlt es sich, Treibstoffe und detonierende Sprengstoffe nacheinander zur Anwendung zu bringen.
Durch die Verbrennung des Treib- stoffes, beispielsweise eines schnell verbrennenden Gasluftgemisches oder Flüssigkeitsgasgemisches, wird während der dadurch erzeugtenDruckausbreitung die Ausformung und Prägung des Vorformlings eintreten, während mittels der Druckwelle, die bei Zündung des detonierenden Sprengstoffes entsteht, eine Ausstan- zung der Öffnungen erfolgt, während die übrigen Teile des Formlings lediglich fest gegen die Wandung der Matrize gedrückt werden. Es können hiebei selbstverständlich nur verhältnismässig kleine Mengen de- tonierenden Sprengstoffes zur Anwendung kommen, da sonst die hiedurch erzeugten Drücke nicht be- herrscht werden können.
Da bei der Verbrennung des Treibstoffes oder bei Zündung des detonierenden Sprengstoffes im Inneren der Form erhebliche Temperaturen auftreten, ist gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung vorgese- hen, dass auf dem Formling aufgebrachte Überzüge, wie Lacke od. dgl., die sich an dessen späterer Innenwandung befinden, durch die auftretende Verbrennungs- oder Explosionswärme eingebrannt und/oder ausgehärtet werden.
Zur Durchführung des Verfahrens dient erfindungsgemäss eine Form aus wenigstens zwei den Bereich des zu verformenden Teiles des Vorformlings überdeckenden Teilen sowie gegebenenfalls wenigstens ein dieöffnungsseite des. Vorformlings abschliessender Deckelteil, so dass im geschlossenen Zustand der Form der Vorformling allseitig umhüllt ist. Ist ein rohrförmiger Vorformling zur Bearbeitung vorgesehen, so empfiehlt es sich. beideöffnungsseiten des Vorformlings durch einen Deckelteil abzuschliessen. Die teil- bare Ausbildung der Form im Bereich des zu verformendenTeiles des Vorformlings ermöglicht es, nach der Anwendung des Druckes den umgeformten Behälter zu entnehmen, auch wenn er, in seiner Längs- richtung gesehen, sehr unterschiedliche Durchmesser und Querschnittsformen aufweist.
Die Deckelteile der Form dienen zur Einspannung der öffnungsseitigen Randzonen des Formlings und sind vorzugsweise auch mit den Einrichtungen zur Aufnahme des Sprengstoffes oder zur Zuführung des
Brennstoffes sowie zur Halterung der Zündeinrichtung und zur Aufnahme der Abgasleitung ausgerüstet. Bei
Verwendung von Gasluftgemischen oder Flüssigkeitsgasgemischen empfiehlt es sich hiebei, im Deckel ein
Einlassventil für den genannten Brennstoff sowie auch ein Auslassventil für die Abgase und eine Zünder- ze anzuordnen.
Zur sicheren Halterung der Deckel und gegebenenfalls auch des als Boden dienenden weiteren Deckel- teiles ist vorteilhafterweise der Deckel mit dem Bodenteil der Form über Spannmittel verbunden, während die seitlichen Formteile mittels eines Druckringes fest gegeneinander gedrückt werden. Zweckmässig sind
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dabei die seitlichen Formteile aussen konisch ausgebildet, während der Druckring eine entsprechende in- nere Konizität aufweist, so dass er nach dem Aufbringen reibschlüssig auf den Formteilen befestigt ist.
Um den zwischen dem Vorformling und der Formwandung befindlichen Zwischenraum während des
Umformens zu entlasten und um eine vollständige Ausformung entsprechend der Innenwandung der Matri- ze zu erhalten, ist der genannte Zwischenraum über geeignete Öffnungen mit der umgebenden Atmosphäre oder mit einer Vakuum erzeugenden Vorrichtung verbunden.
Der Innenraum des in der Form eingespannten Vorformlings, welcher von dem Druckmedium erfüllt werden muss, um die erforderliche Aufweitung des Formlings zu erreichen, kann in einfacher Weise da- durch vermindert werden, dass in das Innere des Vorformlings hineinragende Bauteile vorgesehen werden.
DieseBauteile können zugleich als Träger mehrerer Zündeinrichtungen, wie Zündkerzen, dienen. so dass sowohl eine gleichzeitig eingeleitete Verbrennung in allen Bereichen des Forminneren als auch eine ge- steuerte Verbrennung durch entsprechende Zündfolge der einzelnen Kerzen erreicht werden kann.
Sollen mit der Umformung zugleich Einprägungen oder Stanzöffnungen in der Wandung des Form- lings eingebracht werden, so ist lediglich die Forminnenwandung mit entsprechenden Profilierungen und/oder Stanzöffnungen auszurüsten.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in der Zeichnung dargestell- ten Ausführungsbeispielen beschrieben. Fig. 1 gibt in schematischer Darstellung einen Längsschnitt durch eine Vorrichtung zur Explosionsverformung wieder. Fig. 2 zeigt ebenfalls in schematischer Darstellung eine andere Vorrichtung, bei der der Formling aus einem ebenen, vorgestanzten Blechteil od. dgl. besteht, der in einen Behälterteil oder Deckel umzuformen ist. Die Fig. 3-8 stellen Querschnitte durch verschie- dene Vorformlinge sowie fertig geformte Behälterrümpfe bzw. eine entsprechende Ansicht dar. Fig. 9 zeigt einen Längsschnitt durch einen unsymmetrischen Behälter. Die Fig. 10 und 11 veranschaulichen
Ausführungsbeispiele für gleichzeitige Mehrfachfertigung von Behälterrümpfen.
Fig. 12 zeigt einen Be- hälterrumpf mit verschiedenen Öffnungsweiten. Fig. 13 zeigt das Beispiel eines konischen tellerförmigen Behälterrumpfes. Fig. 14 gibt einen Behälter in Form eines Kugelabschnittes wieder. Fig. 15 zeigt die
Ausbildung eines Behälters unter Verwendung von Kugelabschnitten gemäss Fig. 14.
In Fig. 1 ist eine Vorrichtung dargestellt, die einen zunächst zylindrischen Vorformling 1 aufnimmt, welcher in dieser Gestaltung durch strichpunktierte Linien dargestellt ist. Die Vorrichtung besteht aus einer Form mit zweiFormteilen 5, welche den Vorformling im Bereich seiner zu verformenden Wandung umschliessen sowie aus einem oberen Deckel 2 und einem Deckel oder Bodenteil 3. Aus der Figur ist ersichtlich, dass der Vorformling 1 an den Rändern 9 und 12 durch die Formteile 5 sowie durch die Deckelteile 2 und 3 gehalten ist, wobei die Umbördelung der Ränder während des Zusammenfügens der Form erfolgen kann. Die Deckelteile 2,3 sind mittels in der Zeichnung nicht dargestellter Spanneinrichtungen fest gegeneinander gedrückt, während ein Schliessring 11 die Formhälften 5 fest gegeneinanderpresst.
Man erkennt, dass die Formhälften 5 eine konische Aussenfläche 10 aufweisen, die mit der konischen Innenfläche 13 des Schliessringes 11 zusammenwirkt. Auf den Schliessring 11 wird zur Erzeugung des Anpressdruckes in Richtung der Pfeile 14 eine Kraft aufgebracht, so dass die Formteile 2, 3 und 5 einen dicht umschlossenen Innenraum begrenzen.
Der Deckel 2 enthält im Ausführungsbeispiel der Fig. l ein Einlassventil 7 sowie ein Auslassventil 8.
Ausserdem sind in dem Deckel Einlassöffnungen 15 und Austrittsöffnungen 16 vorgesehen, durch die in Richtung des Pfeiles 17 ein Gasluftgemisch oder ein Flüssigkeitsgasgemisch in das Innere der Form bzw. in das Innere des Vorformlings 1 eingebracht und nach der Verbrennung in Richtung des Pfeiles 18 wieder abgelassen werden kann. Der Deckel 2 dient weiterhin zur Aufnahme einer Zündkerze 4.
Um die zwischen dem Vorformling und der Innenwandung der Form befindliche Luft zu entfernen oder aber während des Formvorganges nach aussen abströmen zu lassen. sind in der Form Öffnungen 28 sehr engen Querschnittes vorgesehen, die entweder in einer Kammer 29 enden, welche über einen Anschlussstutzen 30 an eine Vakuumanlage angeschlossen ist, oder aber die als durchgehende Bohrungen durch die Formwandung hindurchgehen. In der Figur sind nur einige der Öffnungen 28 angedeutet, wobei diese in der Kammer 29 enden. In Fig. 2 ist gezeigt, dass diese Öffnungen sich durch die gesamte Formwand hindurch erstrecken.
Der Ablauf des Arbeitsvorganges ist folgender :
Der Vorformling in Form eines Rohrstückes wird zunächst zwischen dem Deckel 2 und dem Bodenteil 3 eingesetzt, wobei infolge der Formgebung der Teile 2 und 3 im Bereich der Anlagestellen die Ränder des Rohres umgebördelt werden. Anschliessend werden die Formteile 5, von der Seite kommend, in die in Fig. 1 dargestellte Lage überführt und mittels des Schliessringes 11 fest gegeneinander gedrückt. Durch das Einlassventil 7 wird ein vorverdichtetes Brennstoffgemisch mit entsprechend hohem Druck über die Zulei-
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tung 15 in den Innenraum 6 des Vorformlings eingebracht und nach Schliessen des Ventiles 7 das unter
Druck stehende Gemisch im Raum 6 durch die Zündkerze 4 gezündet.
Nach erfolgter Verbrennung des
Brennstoffgemisches öffnet sich das Ventil 8, und durch den Austrittskanal 16 gelangt das Abgas ins Freie.
Es kann durch weitereBetätigung des Einlassventiles 7 oder durch ein besonderes Luftventil nachfolgend eine
Spülung des Hohlraumes mit Frischluft erfolgen, wenn dies erforderlich ist. Nach dem Öffnen der Formteile
5 und nach dem Abheben des Boden- und Deckelteiles kann der verformte Teil entnommen werden, nach- dem er die in Fig. 1 stark ausgezogene und mit 1 bezeichnete Form erhalten hat.
Im Ausführungsbeispiel der Fig. 2, in der die mit Fig. 1 übereinstimmenden Teile auch mit gleichen
Bezugsziffern versehen sind, ist eine Vorrichtung wiedergegeben, die nach Art einer Tiefzieheinrichtung arbeitet. Hiebei sind Formhälften 5a, 5b vorgesehen, die durch in der Zeichnung nicht wiedergegebene
Spannmittel fest gegeneinander gedrückt werden und den sich in einer Ebene erstreckenden Formling 1 an seinem Rand mittels der dort vorgesehenen ineinandergreifenden Formgebung der Formhälften 5a, 5b hei
9a umbördeln.
Man erkennt weiterhin, dass der ausgeformte und in starken Linien dargestellte sowie mit 1 bezeich- nete fertige Behälterteil bei 25 einen unter der Druckeinwirkung angeformten Stutzen aufweist, der bei. entsprechender Profilierung der Form auch gleichzeitig mit einem Gewinde ausgerüstet werden kann. Bei
Anformung eines Gewindes an den Stutzen 25 ist es jedoch notwendig, den Formunterteil 5b in Richtung der strichpunktiert dargestellten Linie 27 zu teilen, damit der fertig geformte Behälterteil l der Form entnommen werden kann. Auch bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel sind Bohrungen 28 ge- ringenQuerschnittes vorgesehen, um die unterhalb des Formlings befindliche Luft abführen zu können. In der Zeichnung sind nur einige der vorhandenen Bohrungen angedeutet und vergrössert wiedergegeben.
Durch die seitliche Anordnung der Zündkerze 4 und durch die Ausbildung des von den beiden Form-. hälften 5a, 5b umschlossenen Hohlraumes erreicht man, dass die von der Zündkerze ausgehende Druck- welle in die keilförmige Verjüngung zwischen dem strichpunktiert wiedergegebenen, unverformten Blech- teil 1 und demFormoberteil5a wandert und in diesem Bereich von der Formwandung reflektiert wird, um eine besonders intensive Druckbeanspruchung auf den Vorformling 1 in dem Bereich der Form auszuüben, in dem der Formling später den Stutzen 25 bilden soll. Es lassen sich demgemäss durch entsprechende Ge- staltung der Formwand bestimmte Effekte erzielen, die insbesondere durch die Reflexion der Druckwellen erzeugt werden können.
Mit ähnlichen Vorrichtungen, wie sie in Fig. 2 dargestellt sind, lassen sich die im folgenden beschriebenen Behälterformen gemäss den Fig. 13 und 14 ohne Schwierigkeiten herstellen, wobei die Formteile noch wesentlich einfacher gestaltet werden können, als dies in Fig. 2 vorgesehen ist. Ausserdem kann bei symmetrischer Ausbildung der zu formenden Behälterteile, wie sie in den Fig. 13 und 14 wiedergegeben sind, die Zündkerze 4 ähnlich wie beim Ausführungsbeispiel der Fig. 1 zwischen dem Ein-und Auslassventil in der Symmetrieebene des zu formenden Behälterteiles angeordnet werden.
Statt des Einführens eines Brennstoffgemisches kann auch unter Druck stehende Heissluft in den Hohlraum 6 eingebracht werden, in die über eine Einspritzpumpe flüssige Brennstoffe eingespritzt werden, so dass die Anordnung praktisch nach dem Diesel-Prinzip arbeitet.
Die Steuerung der Ventile des Zündstromes sowie die Herstellung und Zuleitung des zündfähigen Gemisches kann mit den bei Verbrennungsmotoren bekannten Mitteln erfolgen.
DieAbdichtung bzw. die Erzeugung der Druckkräfte zur Halterung der Formteile kann zwischen dem Vorformling und der Form, abweichend vom Ausführungsbeispiel der Fig. 1, auch auf andere Weise, beispielsweise mittels Klemmringen, Ringfedern od. dgl., durchgeführt werden.
Die erfindungsgemäss ausgebildeten Vorrichtungen sind besonders für die Massenfertigung geeignet.
Es können beispielsweise mehrere gleiche oder unterschiedliche Formen auf einem Drehtisch angeordnet sein, so dass in den einzelnen Stationen, die der Drehtisch durchläuft, nacheinander die verschiedenen Arbeitsvorgänge ausgeführt werden. Bei einer derartigen Anordnung ist es durchaus möglich, statt der Ventile ein zentrales Steuerorgan, beispielsweise Einlassschlitze mit Drehschieber, zu verwenden.
Bei Anwendung des Diesel-Prinzips ist man nicht an die Verwendung von Diesel-Kraftstoffen gebunden, denn es sind bereits Benzineinspritzpumpen bekannt, so dass auch mit Benzin die Durchführung des Diesel-Verfahrens möglich ist. Der für dieses Verfahren benötigte hohe Druck kann durch einen parallel zur Verformungsvorrichtung geschalteten Kolben unmittelbar vor dem Einleiten der Verbrennung hergestellt werden.
Die Fig. 3-15 zeigen verschiedene Gestaltungsformen der Behälter, die durch Anwendung des erfin- dungsgemäss vorliegenden Verfahrens verwirklicht werden können. In den Beispielen der Fig. 3 - 12 wurden als Vorformlinge dünnwandige, gezogene oder geschweisste, gegebenenfalls auch fliessgepresste Rohre ver-
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wendet. Diese sind m den AusführungsbeIspielen wegen der Verwendungsmöglichkeit runder Deckel und
Böden als runde Rohre ausgebildet, es können jedoch auch ohne Schwierigkeiten unrunde Rohre verwendet werden.
In den Figuren ist m den Schnittbildern der Vorformlmg jeweils strichpunktiert dargestellt, während ! seine Gestaltung nach der Umformung in stark ausgezogenen Linien wiedergegeben ist.
ImAusfllhrungsbeispiel derFlg. 3 ist von einem strichpunktiert dargestellten runden Rohr mit über den
Umfang veränderlicher Wanddicke ausgegangen worden. Diese unterschiedlichen Wandstärken sind deshalb gewählt worden, weil während der Umformung die verschiedenen Bereiche der Wandung unterschiedlichen
Dehnungen ausgesetzt werden. Der Querschnitt des fertig geformten Behälterrumpfes ist im Beispiel der I Fig. 3 etwa elliptisch, wobei die obere und untere Öffnung des Behälterrumpfes zur Aufnahme runder Deckel jedoch rund ausgebildet ist. Um hier eine gleichmässige Wandstärke zu erhalten, kann das obere und un- tereEnde des Rohrabschnittes vor dem Verformungsvorgang spanabhebend durch schnell arbeitende Auto- maten bearbeitet werden.
Durch das erfindungsgemäss vorgesehene Verfahren können Formen erhalten werden, die bisher nicht ! herstellbar sind. Es können beispielsweise aus runden Rohren Behälterrümpfe hergestellt werden, die am oberen und unteren Ende runde, in den übrigen Teilen unrunde Querschnitte aufweisen, wie dies die Fig. 4 bis 8 zeigen.
Im Beispiel der Fig. 4 hat der mittlere Teil des Behälters quadratischen Querschnitt, während das obere und untere Ende im Querschnitt kreisförmig ausgebildet ist.
Fig. 5 zeigt die Ansicht eines Behälters, der im mittleren Teil mit seitlichen Auswölbungen ausge- rüstet ist, während seine oberen und unteren Enden zur Aufnahme des Behälterbodens und Deckels wieder einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Ein Schnittbild entsprechend der Linie VII - VII der Fig. 5 ist in Fig. 7 wiedergegeben.
Die Fig. 6 und 8 zeigen weitere Schnittbilder von Behälterrümpfen, die im mittleren Teil eine vom
Kreisquerschnitt abweichende Formgebung aufweisen.
Die Fig. 9 gibt im Längsschnitt einen unsymmetrischen Behälter wieder, der ebenfalls durch das er- findungsgemäss ausgebildete Verfahren hergestellt werden kann.
Fig. 10 veranschaulicht die Mehrfachanfertigung von Behälterrümpfen in einer Form. Die einzelnen Behälterrümpfe sind hiebei aus einem gemeinsamen Rohrstück ausgeformt und werden nach der Umformung durch den Explosionsdruck und somit nach Überführung in eine Form, die in der Fig. 10 ausgezogen wie- dergegeben ist, im Bereich der unverformten Streifen 19 so getrennt, dass die einzelnen Behälierrümpfe
20 entstehen. Hiebei können bereits vor der Verformung im Bereich der Verbindungsstreifen 19 Ritzlinien od. dgl. vorgesehen sein, so dass die einzelnen Behälterrümpfe 20 leicht voneinander getrennt, beispiels- weise abgebrochen werden können.
InFig. ll ist ein Beispiel für die Mehrfachfertigung von konischen Behältern wiedergegeben. Nach der
Ausformung entsprechend den ausgezogenen Linien wird der so entstandene Behälterdoppelrumpf entlang der strichpunktierten Linie 21 getrennt, und es werden somit zwei konische Behälter geschaffen. Hiebei ist die Mehrfachfertigung nicht auf die gleichzeitige Herstellung von zwei Behälterrümpfen begrenzt, sondern es können, je nach Grösse der Form und der Behälter, ähnlich wie in Fig. 10, mehrere Doppel- anordnungen entsprechend Fig. 11 in einem Arbeitsgang hergestellt werden.
In Fig. 12 ist ein Beispiel veranschaulicht, bei dem von einem Vorformling ausgegangen worden ist, der Öffnungen verschiedenen Durchmessers aufweist. Demgemäss besteht der Vorformling aus einem zy- lindrischen Teil 22 und einem konischen Teil 23, der nach Einwirkung des Explosionsdruckes in die durch stark ausgezogene Linien wiedergegebene Form überführt wird.
Fig. 13 gibt eine flach gezogene Dose wieder, die etwa die Form eines Tellers aufweist. Bei der Her- stellung eines derartigen Behälters ist von einer eingespannten Blechtafel ausgegangen worden, auf die der
Explosionsdruck zur Einwirkung gebracht wurde, so dass im Zusammenwirken mit einer entsprechenden
Matrize die in ausgezogener Linie dargestellte tellerförmige Gestalt erzielt wurde. Eine von der Fig. 13 abweichende Ausbildung des Behälters, die in gleicher Weise wie die Anordnung gemäss Fig. 13 hergestellt werden kann, ist in Fig. 14 wiedergegeben, bei der der Behälter die Form eines Kugelabschnittes aufweist. Diese Kugelabschnitte können gemäss Fig. 15 unter Zwischenanordnung eines kurzen zylindrischen Teiles 24 zu einer etwa kugeligen Verpackung zusammengesetzt werden.
Es ist selbstverständlich, dass statt des schmalen zylindrischen Teiles 24 auch andere, beispielsweise hohe Zylinderformen, zwischen die Kugelabschnitte einschaltbar sind, so dass entsprechend anders gestaltete Behälter auf diese Weise gefertigt werden können.