DD275420A1 - Verfahren zum erzeugen eines auf einen bearbeitungsgegenstand gerichteten druckimpulses - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines auf einen Bearbeitungsgegenstand gerichteten Druckimpulses einer Gasmasse, die sich in mindestens zwei voneinander getrennten Kammern befindet, wobei der Druckimpuls beispielsweise zum Verdichten von Formstoffen, zur Umformung oder auch zum Entsanden von Werkstuecken verwendet wird. Dabei befindet sich das Werkstueck in einer von mindestens zwei voneinander getrennten, ploetzlich miteinander verbindbaren Kammern und in mindestens einer von dem Werkstueck getrennten Kammer steht die Gasmasse unter Ueberdruck. Erfindungsgemaess wird zur ploetzlichen Verbindung der Kammern (6, 8) in die Kammer (6) mit dem Werkstueck Brenngas eingeleitet und gezuendet. Durch den Druckimpuls der Explosion dieses Brenngases oeffnet das Ventil schlagartig, so dass der Druck in der Kammer (6) rasch ansteigt. Figur

Description

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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß zur plötzlichen Verbindung der Kammern mit unterschiedlichem Di uck in die Kammer mit dem Bearbeitungsgegenstand ein Brenngasgemisch eingeleitet und gezündet wird. Durch den Druckinipuls der Explosion des unter Normaldruck bzw. leichten Überdruck stehenden Gasgemisches öffnet das Ventil schlagartig und verbindet somit das Überdruckvolumen mit der Kammer, in der sich der Bearbeitungsgegenstand befindet. Dadurch steigt der Druck in dieser Kammer rasch an.

Die Explosion des Gasgemisches bewirkt außer der Öffnung des Ventils eine erste, dem Hauptimpuls vorgelagerte Arbaitsstufe, durch die beim Vordichten eine Vorverdichtung, beim Entsanden eine mehrstufige Entsandung und beim Umformen ein Vorimpuls für die erste Beschleunigung des Materials in Richtung der weiteren Umformung erzielt werden. Dieser Effekt wird in dem Fall noch verstärkt, wenn eine optimale Zeit zwischen der durch die erste Zündung bewirkten Belastung und der nach/olgenden Hauptbelastung, beispielsweise durch eine elektromagnetische Halteschaltung, eingestellt wird. Das Ventil muß jedoch noch innerhalb der Zeit öffnen, so lange noch ein zum schlagartigen Öffnen ausreichender Druck in der Kammer vorhanden ist.

Eine vorteilhafte Verbindung der Effekte des Gasexplosionsverfahrens mit denen des Druckluftimpulsverfahrens, d. h. eine Verstärkung des Druckimpulses und somit eine weitere Verbesserung der Bearbeitungsqualität, kann dadurch erreicht werden, wenn in der Kammer mit dem Überdruck als Gasmasse ebenfalls ein Brenngasgemisch verwendet wird. Auf Grund der hohen Temperatur der Reaktionsprodukte des bereits explodierten Brenngasgemisches entzündet sich das mit hoher Geschwindigkeit in die Kammer mit dem Bearbeitungsgegenstand einströmende Brenngasgemisch und explodiert. Das f.etzt voraus, daß das Ventil noch innerhalb der Zeit öffnet, in der die Temperatur der Verbrennungsprodukte des Brenngasgomisches noch größer bzw. gleich der Zündtemperatur des unter Überdruck stehenden Brenngasgemisches ist. Es ist bekarvit, daß die exotherme Reaktion sich in bewegten Gemischen schneller fortpflanzt als in ruhenden, wodurch der Gradient dor Druckerhöhung des Impulses rasch ansteigt.

Obwohl die Explosion infolge des Überdruckes des Brenngasgemisches in der vom Bearbeitungsyegenstand getrennten Kammer vorteilhafterweise bei einem erhöhten Druck abläuft, entfällt die Hermetisierung der Kammer, in der sich der Bearbeitungsgegenstand befindet, da beide Kammern vor der Explosion voneinander getrennt sind. Das Gasgemisch kann somit auch sauerstoffhaltig sein. Außerdem verringert sich der Herstellungsaufwand der den 3earbeitungsgegenstand aufnehmenden Kammer, da die Explosion nicht in einer geschlossenen, sondern in einer offonen Kammer erfolgt. Es ist demzufolge ausreichend, die zur Aufnahme der unter Überdruck stehenden Gasmasse erforderliche Kammer auf eine standardgemäße BearbeiUingskammer, beispielsweise einen Formkasten aufzusetzen und an diesem zu befestigen. Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens weist in bekannter Weise zwischen d Jn beiden Kammern ein Ventil mit breitem Öffnungsquerschnitt auf. Es ist zur Einstellung des Ansprechdruckes und damit Jer Öffnungszeit nach erfolgter Zündung mit einer einstellbaren Belastungseinrichtung verbunden.

Ausführungsbeispiel

Nachfolgend soll die Erfindung am Beispiel des Verdichtens von Formstoff näher erläutert werden. Die zugehörige Zeichnung zeigt eine mögliche Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Auf einer Modellplatte 1 befindet sich ein Modell 2, umgeben von einem Formkasten 3, auf den ein Füllrahmen 4 aufgesetzt ist. Formkasten 3 und Füllrahmen 4 sind mit Formstoff 5 gefüllt. An den Füllrahmen 4 schließt sich eine Kammer 6 an, so daß oberhalb des Formstoffes ein Volumen 7 vorhanden ist. Auf die Kammer β ist eine Hochdruckkammer 8 aufgesetzt, die ein Volumen 9 umschließt. Die Volumen 7 und 9 sind über einen Kanal 10 miteinander verbunden, der durch einen Differentialkolben 11 verschließbar ist. Der Differentialkolben 11 ist mit auswechselbaren Massestücken 12 sowie einer Druckfeder 13 druckbeaufschlagt. Die Spannkraft der Druckfeder 13 kann mit Hilfe einer Reguliereinrichtung 14 variiert werden. In Höhe des Kanals 10 sind eine Gaszuführung 15 sowie Zündelemente 16, die mit einem Regelblock 17 in Verbindung stehen, installiert. Zur Führung des Differentialkolbens 11 schließt sich an den Kanal 10 ein in das Volumen 9 ragender Ventilkopf 18 an, der mit Durchbrüchen 19 versehen ist. Die Hochdruckkammer 8 besitzt eine Gaszuführung 20. Nachfolgend soll die Arbeitsweise der Einrichtung näher beschrieben werden.

Zunächst wird das Modell 2 auf der Modellplatte 1 befestigt, der Formkasten 3 mit dem Füllrahmen 4 aufgesetzt und mit Formetoff 5 gefüllt. Danach erfolgt die Montage der Hochdruckkammer 8 auf den Füllrahmen 4 sowie über die Gaszuführung 20 das Füllen der Hochdruckkammer 8 mit einem Brenngas. Dabei bewegt sich der Differentialkolben 11 in Richtung der Kammer 6 und schließt den Kanal 10. Zusätzlich wird der Differentialkolben 11 in der unteren Position durch die Druckfeder 13, die Massestücke 12 sowie seine Eigenmasse gehalten. Je größer der Druck dos Brenngases in der Hochdruckkammer 8 ist, desto fester wird der Differentialkolben 11 an die Wandung des Kanals 10 gedrückt, desto besser ist auch die Hermetisierung der Hochdruckkammer 8.

Nachdem der definierte Anfangsdruck in dieser Hochdruckkammer 8 erreicht ist, wird die Gaszufuhr abgebrochen. In der Kammer 6 mit dem Formstoff 5 herrscht noch Atmosphärendruck, und der Formstoff 5 ist noch nicht verdichtet. Nunmehr wird über das System 15 eine bestimmte Menge Brenngasgemisch in die Kammer 6 eingeleitet. Dieses wird durch die Zündelomente 16 zur Zündung gebracht. Zu Beginn verbrennt das Gemisch in der Nähe des Kanals 10. Hierbei steigt bekanntlich der Druck impulsartig an und erreicht 0,5-0,6MPa. Unter Einwirkung der Explosion des Gasgemisches wird der Differentialkolben 11 schlagartig in Richtung des Volumens 9 bewegt. In diesem Augenblick wird das Volumen 9 über Kanal 10 mit dem Volumen 7 der Kammer 6 verbunden, so daß das Brenngasgemisch aus dem Volumen 9 in die Kammer 6 einströmt. Hierbei wird das Brenngasgemisch durch die in Volumen 7 vorhandenen heißen Reaktionsprodukte gezündet. Das Brenngasgemisch bewegt sich und verbrennt explosionsartig. Durch die Einwirkung auf den lockeren Formstoff 5 wird dieser zum Modell 2 hinbewegt. Bei der Realisierung des Verfahrens beträgt der Explosionsdruck in der Kammer 6 zu Beginn etwa 0,6MCa, das entspricht etwa dem Druck, den das Breiingasgemisch vor dem Öffnen des Differentialkolbens 11 in der Hochdruckkammer 8 besitzt.

Der durch die Explosion realisierte Impuls hat einen Druck yon 3-3,5MPa.

Der Druckunterschied von Volumen 7 und 9 kann über die Änderung der Fläche des Differentialkolbens 11, auf die der Druck einwirkt, reguliert werden. Das mit ihm verbundene elastische Element 13 kann sowohl auf Druck als auch auf Zug arbeiten; das wird durch das Regelelement 14, das auch von außen bedienbar ist, beeinflußt. Dadurch wird der Druck des Brenngasgemisches entweder verstärkt oder verringert werden.

Claims (3)

1. Verfahren zum Erzeugen eines auf einen Bearbeitungsgegenstand gerichteten Druckimpulses einer Gasmasse, die sich in mindestens zwei voneinander getrennten, plötzlich miteinander verbindbaren Kammern befindet, wobei eine der Kammern den Bearbeitungsgegenstand enthält und die Gasmasse in mindestens einer von dem Bearbeitungsgegenstand getrennten Kammer unter Überdruck steht, gekennzeichnet dadurch, daß zur plötzlichen Verbindung der Kammern (6,8) in die Kammer (6) mit dem Bearbeiiungsgegenstand Brenngas eingeleitet und gezündet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß bei Verwendung von Brenngas in der unter Überdruck stehenden Kammer (8) nach der plötzlichen Verbindung der Kammern (6; 8) das Brenngas infolge der hohen Temperatur der Reaktionsprodukte des in der Kammer (6) mit dem Bearbeitungsgegenstand bereits explodierten Brenngasgemisches gezündet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die Verbindung der Kammern (6,8) gegenüber der auf die Zündung des Brenngases erfolgende:; Explosion zeitlich verzögert erfolgt.

Hierzu 1 Seite Zeichnung

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines auf einen Bearbeitungsgegenstand gerichteten Druckimpulses einer Gasmasse, die sich in mindestens zwei voneinander getrennten Kammern befindet, wobei der Druckimpuls beispielsweise zum Verdichten von Formstoffen, zur Umformung oder auch zum Entsanden von Werkstücken verwendet wird.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In der Gießereitechnik ist ein Verfahren zum Verdichten von Formstoffen durch Explosion eines Gas-Sauerstoff-Gemisches unter Überdruck bekannt (US-PS 3170 202). Die Explosion erfolgt in einer Kammer, in der sich der zu verdichtende Formstoff befindet. Die technischen Bedingungen in der Kammer ermöglichen keine gleichmäßige Ausbreitung der Druckwelle in der Kammer, so daß insbesondere in den Ecken des Formkastens keine ausreichende Verdichtung gewährleistet ist. Bei Verwendung von sauerstoffhaltigen Gasgemischen sind zusätzliche Sicherheitsvorkehrungen erforderlich, um einen Kontakt mit dem eventuell noch heißen oder fettbehafteten Bearbeitungsgegenstand zu vermeiden. Ferner ist auch ein Verfahren zum Verdichten mittels eines Gas-Luft-Gemisches unter Normaldruck bekannt, bei dem das Gasgemisch zur Erhöhung der Ausbreitungsgeschwindigkeit der Explosionsfront mittels eines Ventilators in Bewegung gebracht wird (DEi-PS 2 949340). Der trotz Ventilation des Gasgemisches erreichte Druck bei der Explosion ist mit etwa 0,5 bis 0,6MPa für eine ausreichende Verdichtung noch zu gering. Zur Beseitigung dieses Nachteils wird gemäß CH-PS 647434 nach der Explosion mit Hilfe einer Preßplatte der Formstoff noch verdichtet. Das ist jedoch infolge des zusätzlichen Arbeitsschrittes mit einem erhöhten zeitlichen und apparativen Aufwand verbunden.

Eine weitere Möglichkeit zur Erzeugung einer Explosionsdruckwelle besteht gemäß JP 59-66949 darin, das Gasgemisch in zwei voneinander getrennten Kammern zeitlich nacheinander zu zünden. Dabei befindet sich in der größeren Kammer der Formstoff. Die kleinere Zündkammer ist durch eine kleine Öffnung mit der größeren Kammer verbunden. Zuerst wird das Gas in der Zündkammer gezündet. Durch diese Explosion wird das in der großen Kammer befindliche Brenngas zur Explosion gebracht. Der zum Verdichten von Formstoff, zum Umformen bzw. Entsanden von Werkstücken benötigte Druckimpuls kann aber auch mittels Druckluft erzeugt werden. Bei derartigen Driickluftimpulsverfahren wird der Raum, in dem sich der Formsand bzw. das Werkstück befindet, über ein schnell öffnendes Ventil plötzlich mit einem unter Überdruck stehenden Luftvolumen verbunden. In den Patenten DD-PS 203961, DD-PS 215486, DE-PS 3238711, SU-US 430719 sind diesbezügliche technische Lösungen zum Verdichten von Formstoff beschrieben. Die Schwierigkeit bei diesem Verfahren besteht darin, daß die Verbindung der beiden Räume nicht schnell genug erfolgt, d. h. es stehen keine ausreichend schnell öffnenden Ventile zur Verfügung. Die bekannten technischen Lösungen gewährleisten nicht den zum Verdichten bzw. Umformen oder Entsanden erforderlichen Gradienten des Druckanstieges in dem Arbeitsraum und somit keine ausreichende Qualität des Arbeitsergebnisses.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung ist ein Verfahren, das eine hohe Arbeitsqualität ermöglicht.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten Verfahren, bei denen der Druckimpuls durch das plötzliche Verbinden von Kammern mit unterschiedlichem Druck erzeugt wird, derart zu verändern, daß ein ausreichend hoher Gradient des Druckanstieges innerhalb der Kammer, in der sich der Bearbeitungsgegenstand befindet, erzielt wird und der Druckimpuls in alle Bereiche nahezu in gleicher Intensität gelangt.