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Übertragungsmittel für den Explosionsdruck bei der Verformung von
Blech Die Erfindung betrifft ein plastisches, inkompressibles Übertragungsmittel
für den Explosionsdruck bei der Verformung von Blech. Üblicherweise wird ein wäßriges
Medium als Übertragungsmittel verwendet. Verschiedene andere Flüssigkeiten, wie
Öl u. ä., sind ebenso erprobt worden. Jedoch hat die Verwendung von Flüssigkeiten,
wie es augenscheinlich ist, den Nachteil, daß vollkommene Dichtungsmittel gegen
Leckwerden erforderlich sind, besonders z. B. bei der Herstellung zusammengesetzter
Teile. Diese und andere mit der Verwendung von Flüssigkeiten zusammenhängenden Nachteile
behindern den Eingang der Verformung von Blech mittels Explosionsdruck in der Industrie.
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Andere Medien, die zur Übertragung der vollen Explosivkraft untersucht
wurden, waren Gummimaterialien, wie sie gegenwärtig im Gebrauch sind bei der herkömmlichen
Metallverformung, sowie Teere, Kitte, weicher Ton, Schlick und niedrig schmelzende
Materialien, wie Wachs, Aluminium, Blei und Wood-Metall. Verschiedene diesen Materialien
anhaftende Nachteile, wie Dämpfung der Explosivkraft, Brennbarkeit und/oder Absorption
der Explosivkraft, um einen plastischen Fluß des Mediums hervorzurufen, haben wie
bei den Flüssigkeiten ihre Aufnahme in die Industrie verhindert.
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Es ist nun gefunden worden, daß gallertartige kolloidale Lösungen
in ihrem festen Aggregatzustand, also als reversibles oder nicht reversibles Gel,
die volle Sprengkraft auf das zu bearbeitende Metall übertragen, ohne daß es die
Nachteile der bekannten Druckübertragungsmittel mit sich bringt. Dementsprechend
besteht die Erfindung in der Verwendung eines Gels und insbesondere eines reversiblen
Gels als plastisches, inkompressibles Übertragungsmittel für den Explosionsdruck
bei der Verformung von Blech.
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Zur praktischen Anwendung des erfindungsgemäßen Druckübertragungsmittels
ist grundsätzlich zunächst eine gallertartige kolloide Lösung herzustellen. Sodann
wird die Lösung auf die Oberfläche des zu verformenden Blechs gegossen, und es wird
der Lösung ermöglicht, in einen festen Zustand zu gelieren. Diese Zusammenballung
von Metall und Gel kann gehandhabt werden, um sie zu transportieren und in einem
Gesenk anzuordnen, ohne die Notwendigkeit von Dichtungen gegen Leckwerden, wie im
Falle der Verwendung von Flüssigkeiten. Nach der Anordnung des Bleches und des Gels
in einem Gesenk wird das Gel der Sprengkraft einer Explosivladung ausgesetzt, woraufhin
es den vollen Sprengeffekt auf das zu bearbeitende Metall überträgt, wobei es möglich
ist, alle Vorteile zu erzielen, die bei der Metallverformung finit Explosivladungen
angezeigt sind.
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Irgendeine gallertartige Lösung, unabhängig von ihrer Herkunft, gleichgültig
ob von tierischem Eiweiß oder pflanzlichem, die befähigt ist, ein Gel zu bilden,
sei es reversibel oder irreversibel, ist verwendbar. Das einzige Erfordernis ist,
daß es einen festen Zustand bildet, der die Handhabung des Gels erlaubt ohne die
Gefahr des Leckwerdens wie bei Flüssigkeiten. Ein Beispiel der gallertartigen Lösung
ist eine 20%ige Lösung von Gelatine, die von tierischem Eiweiß herstammt und die
auf einem bestimmten Verhältnis von Gewicht zu Volumen basiert, nämlich 20 g Gelatine
auf 100 ml Wasser. Ausgezeichnete Ergebnisse werden mit dieser besonderen Gelatine
in einem Bereich von 5- bis 35o/oiger Lösung erzieht. Wenn ein reversibles Gel verwendet
wird, so wird die durch die Zündung der Explosionsladung entwickelte Hitze etwas
oder alles Gel in seine flüssige Phase zurückverwandeln. Deshalb müssen Dichtungsmittel
zwischen den Gesenkwandungen und dem zu verformenden Blechteil Anwendung finden,
um den Eintritt oder das Lecken von Teilen der gallertartigen Lösung zu verhindern.
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Es wurde gefunden, daß ein Vorteil bei der Verwendung eines reversiblen
Gels als übertragungsmittel darin besteht, daß es wiederholt zurückgewonnen und
wieder verwendet werden kann, so lange, bis es zerfällt oder bis die Wirkung von
Bakterien in Erscheinung tritt. In der Praxis wurde gefunden, daß
sich
das darin äußert, daß die Gelatine einen unerträglich abscheulichen Geruch annimmt.
Beim Gebrauch von Gelatine aus tierischem Eiweiß wurde diese Gelatine zehn- bis
fünfzehnmal wieder benutzt, ehe sie ersetzt wurde.
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Es können verschiedene Zusätze, wie Komponenten, die dem Schäumen
entgegenwirken, Stabilisatoren, Wirkstoffe gegen Bakterien u. ä., die nicht das
Gelieren der Lösung verhindern, in das Gel eingeschlossen sein, da dies nur die
Stabilität und die Wirksamkeit des Kraftübertragungsmediums erhöht.
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Nachfolgend wird die Erfindung an Hand mehrerer in den Zeichnungen
dargestellter Anwendungsbeispiele erläutert. Es zeigen Fig. 1 und 2 Längsschnitte
von zwei verschiedenen Vorrichtungen zum Ausbauchen von Rohren unter Anwendung des
erfindungsgemäßen Druckübertragungsmittels, Fig. 3 bis 5 Längsschnitte des Rohres
nach Fig. 2 während drei Arbeitsschritten zum Füllen mit dem erfindungsgemäßen Druckübertragungsmittel;
Fig. 6 und 7 Längsschnitte von zwei verschiedenen Vorrichtungen zum Verformen ebener
Blechscheiben, Fig. 8 einen Querschnitt einer Vorrichtung zum Ausbauchen einer Rohrschlange,
Fig. 9 und 10 und Längsschnitte von Vorrichtungen zum Einwärtsformen von Rohren
in zwei verschiedene Formen, Fig. 11 und 13 Längsschnitte von Vorrichtungen zum
Verformen von napfförmigen Blechrohlingen zu zwei verschiedenen Gegenständen und
Fig. 12 und 14 Ansichten der Gegenstände, die mit den Vorrichtungen nach Fig. 11
und 13 herstellbar sind.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 1 zur Herstellung von zwei Ausbauchungen
bei einem Metallrohr 27 wird dieses zunächst mit einer gallertartigen Lösung gefüllt.
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Nachdem die Gelierung zu einem Gel 5 eingetreten ist und das Rohr
27 ohne Gefahr, daß das Gel fließt oder aus dem Rohr läuft, gehandhabt werden kann,
wird das Rohr 27 in ein Gesenk 11 gesteckt.
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Das Gesenk 11 besteht aus zwei gleichen Teilen, deren Innenwandungen
so gearbeitet sind, daß sie Hohlräume 12 und 17 bilden, welche die Ausbuchtungen
darstellen, die für das zu verformende Rohr gewünscht werden. Außerdem weisen die
Innenwandungen des Gesenks 11 Bohrungen 28, 29 und 30 auf mit einem Durchmesser,
der mit dem nicht ausgebuchteten Teil des Rohres übereinstimmt. Vor dem Zusammensetzen
des Gesenks, welches das Rohr 27 enthält, wird die Anordnung in einem Gesenkhalter
13 untergebracht, der ebenfalls aus zwei gleichen Teilen besteht.
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Der Gesenkhalter 13 enthält eine innere Kammer 26, die passend ist,
um das Gesenk 11 aufzunehmen, und eine Bohrung 21, die am linken Ende des Halters
vorgesehen ist und die mit der Kammer 26 in Verbindung steht. Die Enden des Halters
weisen kreisförmige Öffnungen 14 und 18 für die Einpassung kreisförmiger
Einsatzstücke 16 und 19 als Abzugsmittel für die in der Anordnung sich entwickelnden
Drücke auf: Diese Einsatzstücke sind befestigt in Ringnuten 15 und 20, die in dem
Gesenkhalter 13 vorgesehen sind.
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Die Bohrung 21 ist mit einer Sprengladung 22 gefüllt, in der ein Zünder
23 eingebettet ist, der Stromleiter 25 aufweist, die durch eine kleine in dem Einsatzstück
19 befindliche Dichtungsöffnung 24 hindurchreichen.
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Die Sprengladung kann von irgendeiner beliebigen Zusammensetzung sein,
bei der Selbstzündung mit einbegriffen ist. Außerdem können verschiedene Arten von
Sprengmitteln gebraucht werden, z. B:: kann die Sprengladung entweder ein Treibmittel
kleiner Verbrennungsgeschwindigkeit oder eine solche mit hoher Explosivkraft aufweisen.
Die Auswahl des Sprengstoffes wird bestimmt durch die jeweiligen Erfordernisse,
die für die Bearbeitung des Metalls nötig sind, und/oder durch die Form, in welche
das Metall übergeführt werden soll. Es ist erwiesen, daß eine richtige Wahl der
Sprengladung einen kontrollierten Ablauf der Verformung ermöglicht, in dem das Metall
bewegt werden kann während des Zustandes des plastischen Fließens, welcher nicht
nur die Anhäufung von Kraft verhindert; deren Resultat Brüche sind, aber in welchem
das Metall auch gehärtet wird. Die Auswahl der Sprengladungen wird auch abhängig
sein von ihrer Verbrennungsgeschwindigkeit, Treibkraft; Druckanstieg und -spitze
im Verhältnis zum Zeitablauf. Durch richtige Auswahl' der Sprengladungen war es
möglich, 1-Zoll-Rohre aus nichtrostendem Stahl zu verformen, wobei eine Ausdehnung
von 50'% erreicht wurde. Bei anderen Versuchen mit einem gleichartigen Rohr wurde
kein. meßbares Zurückfedern in dem Metall festgestellt, wenn die ausgewählte Sprengladung
einen Druck von oder über 1000 kg/cm2 erzeugte.
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Der Gesenkhalter 13 mit der oben beschriebenen Anordnung ist innerhalb
irgendwelcher gebräuchlicher Befestigungsmittel angeordnet, die dazu in der Lage
sind, eine genügend große Kraft F auszuüben, um die Anordnung beim Beginn des Wirkens
der Explosivkraft zusammenzuhalten. Die Verklammerungsmittel können aus einer Reihe
von Nuten und Bolzen bestehen, die am Umfang des Gesenkhalters ange bracht sind;
oder die Anordnung kann in irgendeiner hydraulischen Presse untergebracht sein.
Der Druck, der durch die Klammern ausgeübt wird, hält auch den Gesenkhalter 13 und
das Einsatzstück 16 dicht, damit die Verbrennungsprodukte der Sprengladung innerhalb
der Anordnung verbleiben.
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Mit dem Gesenkhalter 13 innerhalb der Klammern wird die Sprengung
eingeleitet über einen geeigneten elektrischen Kontakt mittels des Stromleites 25,
woraufhin die Ladung 22 gezündet wird: Die Kraft der Sprengladung wird durch das
Gel 5 auf die Wandungen des Rohres 27 übertragen und zwingt so das Rohr gegen die
Innenwände des Gesenks 11. Das Rohr wird auf diese Weise mit zwei Ausbuchtungen
verformt, die mit den Hohlräumen 12 und 17 des Gesenkes übereinstimmen. Der durch
die Sprengladung in der Anordnung erzeugte Druck wird : allmählich durch langsames
Lösen der Verklammerung, die auf den Halter wirkt, vermindert. Falls es gewünscht
wird, können Abzugsmittel vorgesehen werden entweder in dem Gesenkhalter 13 oder
in einem oder beiden Einsatzstücken 16, um den in der Anordnung verbliebenen Druck
zu vermindern. Es kann auch eine Dichtung zwischen dem Gesenk 11 und den Enden des
Rohres 27 vorgesehen werden; um zu verhindern, daß das Gel durch die Explosivkraft
in das Gesenk gezwängt wird.
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Zur Vorbereitung eines Rohres 1 für die Aufbauchung mit der Vorrichtung
nach Fig. 2 wird zunächst eine Sprengladung 2 mittels Leitungsdrähten 3
innerhalb
des Rohres 1 aufgehängt (Fig. 3). Das Rohr wird dann auf eine glatte Oberfläche
31 gestellt, vorzugsweise eine elastische Oberfläche, um eine Flüssigkeitsdichtung
am Boden des Rohres zu schaffen, woraufhin das Rohr mit einer gallertartigen Lösung
4 gefüllt wird (Fig. 4). Nach der Umwandlung der gallertartigen Lösung 4 in ein
Gel 5 (Fig. 5) wird das Rohr in ein geteiltes Gesenk 6 eingebracht (Fig. 2), das
eine Höhlung 10 hat mit äußeren Abmessungen entsprechend der gewünschten Ausbuchtung,
die dem Rohr 1 verliehen werden soll. Außerdem sind Bohrungen 32 vorgesehen, die
mit den äußeren Abmessungen des nicht ausgebuchteten Teiles des Rohres 1 übereinstimmen.
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Das Gesenk 6 ist mit umlaufenden Nuten 8 versehen, in denen stählerne
Endeinsatzstücke 9 befestigt sind. In dem zusammengesetzten Gesenk sind kreisförmige
Öffnungen 7 vorgesehen als Zugang zu den Einsatzstücken 9. Eine kleine Öffnung 33
befindet sich in einem der Einsatzstücke 9 für die Leitungsdrähte 3, welche Öffnung
gedichtet wird, nachdem die Drähte hindurchgezogen worden sind. Die Gesenkanordnung
wird sodann innerhalb irgendwelcher gebräuchlicher Verklammerung untergebracht,
und ein elektrischer Stromkreis wird über die Leitungsdrähte 3 geschlossen, um die
Zündung der Sprengladung 2 einzuleiten. Die von der Explosion der Sprengladung 2
herrührende Kraft wird durch das Gel 5 auf die Wandungen des Rohres 1 übertragen,
um das Rohr gegen die Innenwände des Gesenks zu pressen. Das dabei entstehende Rohr
hat eine Ausbuchtung entsprechend der Höhlung 10 des Gesenkt 6.
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Die Sprengladung 2 kann an sich in irgendeinem Teil des Gels 5 innerhalb
des Rohres 6 eingebettet oder im Abstand davon angebracht sein, es ist aber gefunden
worden, daß die besten Ergebnisse erzielt werden, wenn die Sprengladung gegenüber
oder inmitten des zu bearbeitenden Gebietes angebracht wird. So ist bei dem Beispiel
nach Fig. 2 die Sprengladung 2 zentral zwischen dem Teil der Höhlung 10 angebracht,
die dem Rohr seinen größten Außendurchmesser verleihen soll. Dementsprechend - falls
dem Rohr eine zweifache Ausbuchtung erteilt werden soll, wie in Fig. 1, Teil 12
und 17, gezeigt - können zwei Sprengladungen verwendet werden, die an den Höhlungen
des Gesenkt angebracht werden. Andererseits kann für ein doppelt ausgebuchtetes
Rohr eine einzige Sprengladung innerhalb des Rohres angebracht werden an einem zwischen
den Ausbuchtungen gelegenen Punkt.
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Die Vorrichtung nach Fig. 6 zur Anwendung des erfindungsgemäßen Druckübertragungsmittels
für die Verformung einer Blechscheibe 51 weist einen geteilten Gesenkhalter 41 auf,
der eine Kammer 42 enthält und am Innenumfang mit einer Nut 43 versehen ist, in
der ein stählernes Einsatzstück 44 befestigt ist. Eine Bohrung 45 am anderen Ende
stellt die Verbindung mit der Kammer 42 her und ist an ihrem äußeren Ende mit einer
am Umfang befindlichen Nut 46 versehen. Die Bohrung 45 und die Nut 46 sind so beschaffen,
daß sie einen Verschluß 47 und dieser wiederum eine Patrone 48 aufnehmen können.
Außerdem sind die üblichen, hier nicht gezeigten Mittel zum Einlassen einer Flüssigkeit
vorhanden. Ein Gesenk 49, das eine flache Höhlung 50 aufweist, ist in der Kammer
42 an dem Einsatzstück 44 befestigt. Geeignete Dichtungsmittel können zwischen dem
Umfang des Bleches 51 und den Kammerwandungen 42 verwendet werden.
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In aufrechter Lage des Gesenkhalters 41 wird das zu verformende Blech
51 auf das Gesenk 49 über die Höhlung 50 gelegt. Dann wird eine gallertartige Lösung
in die Kammer 42 gegossen, und die Lösung geht über in ein Gel 52. Es kann aber
auch Gel vorgeformt werden in Übereinstimmung mit der Gestalt der Kammer 42, in
welcher Form. es dann in die Kammer des Gesenkhalters eingefügt wird. In seiner
vorgeformten Gestalt kann das Gel wie ein Festkörper behandelt werden, während es
nach seiner Einfügung die Eigenschaften einer Flüssigkeit besitzt bei der Übertragung
der Kraft einer Sprengladung.
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Nach der Zündung der Patrone 48 wird die Kraft der Sprengladung, die
in der Patrone enthalten ist, auf das Gel 52 übertragen, das seinerseits
die Kraft auf das Blech 51 überträgt, um das Blech 51 gegen das Gesenk zu zwingen,
wodurch es die Form des Gesenks annimmt. Auf diese Weise können verschiedene tassenförmig
gestaltete Metallteile geformt werden sowie auch verschiedene gewellte Metallmembranen
für Kontrollapparate.
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Bei der gegenüber der Vorrichtung nach Fig.6 abgewandelten Vorrichtung
nach Fig. 7 zur Bearbeitung des Bleches 51 ist eine Sprengladung 53 in einer Kammer
54 eines Gesenkhalters 55 während der Füllung der Kammer mit einer gallertartigen
Lösung aufgehängt, die in ein Gel 52 übergeführt wird. Wie vorstehend beschrieben,
kann die Sprengladung auch in das Gel während der Verformung eingebettet werden.
Leitungsdrähte 56 werden durch ein kleines Loch 57, das sich in einem der stählernen
Einsatzstücke 58 befindet, hindurchgezogen; dieses Loch kann dann verschlossen werden.
Der Gesenkhalter 41 nach Fig. 6 bzw. der Halter 55 nach Fig. 7 wird innerhalb einer
Klammervorrichtung angebracht, die eine Kraft F ausübt, um den Gesenkhalter gegen
eine Trennung unter dem Einfluß der darin stattfindenden Explosion zusammenzuhalten.
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Bei dem Beispiel nach Fig. 8 zur Herstellung einer Rohrschlange mit
Hilfe des erfindungsgemäßen Übertragungsmittels durch Explosionsdruck wird ein zusammengesetztes
Gesenk 66 verwendet, das einen schlangenlinienförmigen Kanal 60 mit Höhlungen 61
enthält. Ein schlangenlinienförmiges Rohr 62 ist eingelegt, das ein Gel 63 enthält.
Ein Verschluß 64 ist im Gesenk befestigt und so gebaut, um eine Patrone 65 zu umfassen,
die nach ihrer Zündung eine Sprengkraft auf das Gel 63 ausübt. Die beiden Hälften
des Gesenkt werden zusammengefügt und zwischen gebräuchlichen Klammern angebracht,
um eine Trennung des Gesenkt unter der Wirkung der Explosion zu verhindern. Bei
dieser Anwendung kann das dabei entstehende Rohr eine Vielzahl von Ausbuchtungen
erhalten.
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Bei der Anwendung des erfindungsgemäßen Übertragungsmittels bei der
Vorrichtung nach Fig. 9 kann ein Rohr 67 über einen Dorn 68 geformt werden, der
in einem Gesenkhalter 55 ähnlich der Ausführung nach Fig. 7 an einer Grundfläche
69 befestigt ist, die in der Kammer 54 an dem Einsatzstück 58 angebracht ist. Das
Rohr 67 ist gleitend auf dem Dorn 68 gegenüber der Grundfläche 69 montiert, wobei
sein freies Ende durch eine Kappe 71 bedeckt ist, die mittels gebräuchlicher Mittel,
etwa durch Verschraubung, lösbar an dem Dorn 68 befestigt ist. Der Dorn 68 hat eine
schraubenförmige Gestalt. Der Gesenkhalter
55 ist am Ende eingekerbt.
Eine Sprengladung 53 ist in der Kammer 54 aufgehängt, bevor die Kammer mit einer
gallertartigen Lösung gefüllt wird. Die Lösung wird in ein Gel 72 übergeführt
und die Anordnung in Klammern befestigt wie bei den vorhergehenden Beispielen. Nach
Zündung der Sprengladung 53 wird die Explosivkraft auf das Gel 72 übertragen, sodann
auf das Rohr 67, um es gegen den Dorn 68 zu pressen. Das dabei entstehende Rohr
weist die schraubenförmige Gestalt des Dornes auf und kann von ihm gelöst werden,
indem die Kappe 71 abgenommen wird und indem das entstandene Rohr von dem Dorn abgeschraubt
wird.
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Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 10 wird ein Rohr 73 über einen
Dorn 74 bearbeitet, der eine andere Gestalt aufweist wie der nach Fig. 9. Der Dorn
74 besteht aus einem Werkstoff mit niedrigerem Schmelzpunkt als der des Rohres,
ist aber in der Lage, der Verformung unter der Einwirkung der Sprengladung zu widerstehen.
Das Material kann z: B: Wood-Metall in beliebiger Zusammensetzung sein. Werden Stahlrohre
bearbeitet wie bei diesem Beispiel, dann kann, der Dorn auch aus Aluminium bestehen.
Nach der Bearbeitung kann das Rohr 73 zusammen -mit dem Dom 74 der Kappe 76 und
der Grundfläche 75 aus dem Gesenkhalter 55 herausgenommen werden, und der Dorn 74
kann dann innerhalb des Rohres abgeschmolzen werden.
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Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 11 für die Herstellung eines
Türknaufes 77 nach Fig. 12 wird ein napfförmiger Blechrohling 79 in ein Gesenk eingebracht.
Innerhalb des napfförmigen Rohlings 79 wird eine Sprengladung 80 ähnlich wie bei
dem Beispiel nach Fig. 2 bis 5 aufgehängt, ehe dieser mit einer gallertartigen Lösung
gefüllt wird, die in ein Gel 81 übergeführt wird. Die Gesenkhöhlung 83 ist wie der
gewünschte Türknauf 77 gestaltet. Die Auslösung der Explosion preßt den napfförmigen
Rohling 79
gegen die Seiten der Höhlung 83 und formt so den Türknauf 77.
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Bei dem Anwendungsbeispiel nach Fig. 13 enthält ein für die Herstellung
eines Trinkgefäßes 78 nach Fig. 14 napfförmiger Rohling 79 in ähnlicher Weise: eine
Sprengladung 80, die in einem Gel 81 aufgehängt ist, aber die Anordnung unterscheidet
sich von der früheren dadurch, daß das offene Ende des Napfes einen elastischen
Dichtungskörper 82 aufweist. Ferner ist die Höhlung 84 des Gesenks auf die Form
eines Kegelstumpfes ausgearbeitet. Bei der Zündung der Sprengladung 80 wird die
Explosivkraft durch das Gel 81 auf die Wandungen des Napfes 79 übertragen, um diese
gegen das Gesenk zu pressen und somit das Trinkgefäß 78 nach Fig. 14 zu formen.