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Anordnung zum vorzugsweise örtlichen Plattieren von metallischen Werkstücken
miteinander durch von Explosivstoffen erzeugte Schockwellen Die Erfindung betrifft
eine Anordnung zum vorzugsweise örtlichen Plattieren von metallischen Werkstücken
miteinander durch von Explosivstoffen erzeugte Schockwellen.
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Eine örtlich begrenzte Plattierung ist beispielsweise erforderlich,
wenn ein Gegenstand an bestimmten Stellen mit einer Schicht aus einem Werkstoff
versehen werden soll, dessen Eigenschaften von denjenigen des zu plattierenden Werkstückes
abweichen. Beispielsweise sollen die plattierten Stellen besondere Gleiteigenschaften,
bestimmte Reibungskoeffizienten oder einen hohen Verschleißwiderstand gegen mechanische
Beanspruchung oder chemische Angriffe, wie Korrosion usw., haben. Gegebenenfalls
kommen solche Plattierungen auch für bloße Verstärkungen eines Werkstückes an bestimmten
Stellen in Frage.
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Üblicherweise werden zu diesem Zweck auf die zu schützenden oder zu
verstärkenden Stellen der Grundwerkstücke die örtlich begrenzten, metallischen Schichten
aufgelötet, aufgeschraubt, aufgeschweißt oder aufgenietet. Ferner ist es bekannt,
örtliche Plattierungen auf galvanischem Wege oder durch Aufspritzen von Metall herzustellen.
Diese Verfahren sind vielfach nur begrenzt anwendbar, meist zeitraubend und teuer
und bedingen oft einen hohen Aufwand an technischen Einrichtungen. Manchmal ist
auch die Aufbringung von Plattierungen auf warmem Wege wegen der Gefahr einer Veränderung
von Werkstoffeigenschaften nicht erwünscht. Weitere Schwierigkeiten können durch
verschiedene Ausdehnungskoeffizienten der miteinander zu verbindenden metallischen
Werkstoffe entstehen, wodurch manche Aufbringungsverfahren von vornherein ausgeschaltet
werden.
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Die Erfindung geht nun von einem an sich ebenfalls bereits bekannten
Verfahren aus, bei welchem zwei Metallplatten oder Metallschichten durch kurzzeitige
Einwirkung der plötzlich frei werdenden Energie eines Hochdruckenergieträgers in
im wesentlichen kaltem Zustand miteinander verschweißt werden. Als Hochdruckenergieträger
wird hierbei meist ein Explosivstoff, z. B. ein plastischer Sprengstoff, verwendet,
der auf die von dem Grundwerkstück abgewandte Oberfläche der aufzubringenden Metallplatte
oder Metallschicht aufgetragen wird. Dabei wird zweckmäßig zwischen der Explosivstoffschicht
und der aufzubringenden Platte od. dgl. eine Pufferschicht aus nichtmetallischem,
vorzugsweise elastichem Material, wie Gummi oder Kunststoff, angeordnet. Bei der
Explosion des Explosivstoffes, die vorzugsweise über eine Anlaufstrecke eingeleitet
wird, werden die Metallplatten oder -schichten durch die erzeugte Schockwelle miteinander
plattiert.
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Es ist bei diesem Plattierungsverfahren auch bekannt, die aufzubringende
Metallplatte oder Metallschicht in einem bestimmten Anstellwinkel zu der Grundplatte
oder dem Grundwerkstück anzuordnen, dessen Größe u. a. von der geometrischen Form
der zu verschweißenden Teile, von der Art der Werkstoffe und von der Detonationsgeschwindigkeit
des Explosivstoffes abhängt. Dieser Anstellwinkel mußte bisher ziemlich groß gehalten
werden, um eine einwandfreie Haftung der aufplattierten Metallschicht auf dem Grundwerkstück
zu erzielen. Dadurch ergab sich eine verhältnismäßig große Schubkraft, die keine
genaue Fixierung von örtlich begrenzten Plattierungen erlaubte. Der Erfindung liegt
die Aufgabe zugrunde, diesen Nachteil zu beseitigen und eine Anordnung zu schaffen,
welche besonders gut zur Herstellung von örtlich begrenzten Plattierungen verwendbar
ist.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Pufferschicht
verwendet wird, deren
Stärke von der Zündstelle oder Zündanlaufstrecke
des Explosivstoffes aus in Richtung der fortschreitenden Detonationsfront zunimmt.
Vorzugsweise kann zu diesem Zweck eine keilförmige Pufferschicht, z. B. aus Gummi,
Kunststoff od. dgl., verwendet werden. Dadurch wird erreicht, daß man den eigentlichen
Anstellwinkel sehr klein wählen und unter Umständen sogar ganz auf einen solchen
Anstellwinkel zwischen den zu verbindenden Metallplatten od. dgl. verzichten kann.
Die auf die aufzubringende Metallschicht in Richtung der Detonationsfront wirkende
Schubkraft wird auf diese Weise auf ein so geringfügiges Maß vermindert, daß ein
genaues örtliches Aufplattieren von begrenzten Metallschichten, wie Platten, Ronden,
Lamellen oder sonstigen Teilen, auf einen Grundkörper ermöglicht wird, ohne daß
besondere Maßnahmen zum Fixieren der gewünschten Lage der Plattierung notwendig
sind. Es genügt viehmehr, die aufzubringende Metallplatte od. dgl. mit der keilförmigen
Pufferschicht und der Explosivstoffschicht an der gewünschten Stelle auf das Grundwerkstück
aufzulegen und zu münden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform bzw. Abwandlung der Erfindung
wird der auf der Pufferschicht befindliche Explosivstoff nicht an einer Außenseite
der Anordnung, sondern von der Mitte der Anordnung aus gezündet, so daß die die
Plattierung bewirkende Schockwelle allseitig nach außen läuft. Die Pufferschicht
kann hierbei in Form eines von der Mitte nach zwei entgegengesetzten Richtungen
ansteigenden Doppelkeiles ausgebildet sein bzw. einen V-förmigen Querschnitt oder
eine entsprechende Wölbung erhalten. Die Pufferschicht kann auch an ihrer Oberfläche
eine mehr oder weniger tiefe Kerbe oder V-förmige Aussparung erhalten, in die der
entsprechend V-förmige oder keilförmige Explosivstoff eingelegt wird. Die Zündung
dieses Explosivstoffes erfolgt dann von der Mitte, d. h. von der tiefsten Stelle
aus, und die Detonationsfront schreitet nach beiden Richtungen gleichmäßig fort.
Die aufzuschweißende Metallplatte kann hier nach beiden Richtungen hin einen verhältnismäßig
kleinen Anstellwinkel erhalten, oder es können zwei Metallplatten oder -schichten
mit verhältnismäßig kleinen Anstellwinkeln nach entgegengesetzten Richtungen geneigt
aneinandergelegt werden.
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Zum Plattieren von runden Metallscheiben auf eine Grundplatte od.
dgl. kann man eine entsprechend scheibenförmige Pufferschicht verwenden, die in
der Mitte mit einer kegel- oder kalottenförmigen Aussparung versehen ist, in die
ein entsprechend geformter Explosivstoff eingelegt wird. Dieser Explosivstoff wird
in der Mitte der Scheibe gezündet. Die aufzuplattierende Ronde kann kegelförmig
mit einem radial nach außen ansteigenden, verhältnismäßig kleinen Anstellwinkel
ausgebildet sein. Gegebenenfalls kann auch hier bei entsprechender Formgebung der
Pufferschicht auf einen Anstellwinkel praktisch ganz verzichtet werden.
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Die Anordnung gemäß der Erfindung kann zur Erzielung von örtlich begrenzten
Planierungen an beliebig großen Werkstücken verwendet werden. Eine besondere Vorbereitung
des Haftgrundes oder die Anwendung von Zwischenschichten ist im allgemeinen nicht
notwendig. Auch kann in den meisten Fällen auf eine Abdeckung der nicht zu plattierenden
Oberflächenzonen des Grundwerkstückes verzichtet werden. Die Werkstücke bzw. Metallschichten
werden bei der Anordnung gemäß der Erfindung keiner besonderen Wärmebehandlung unterzogen,
so daß unerwünschte Gefügeänderungen nicht auftreten. Die Plattierung kann auch
so gesteuert werden, daß die Verschleißfestigkeit der metallischen Werkstoffe ähnlich
wie beim Härten durch Kaltverfestigung erhöht wird.
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In der Zeichnung ist die Erfindung an Hand verschiedener Ausführungsformen
der Plattierungsanordnung beispielsweise veranschaulicht.
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F i g. 1 zeigt in einem vertikalen Längsschnitt ein beiderseits abgebrochenes
Werkstück beim Plattieren mit einer rechteckigen Metallplatte oder Blechplatte gemäß
der Erfindung; F i g. 2 zeigt in Draufsicht das Werkstück mit der fertigen Plattierung
nach F i g. I; F i g. 3 zeigt im Längsschnitt das Werkstück mit der fertigen Plattierung
nach F i g. 1 und 2-F i g. 4 zeigt im vertikalen Längsschnitt ein beider seits abgebrochenes
Werkstück beim Plattieren mit einer rechteckigen Blechplatte bzw. mit .zwei aneinandergelegten
Blechplatten gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung; F i g. 5 zeigt
einen Querschnitt durch die Anordnung nach der Linie A -B der F i g. 4; F i g. 6
zeigt in Draufsicht das Werkstück zeit der fertigen Plattierung nach F i g. 4 und
5; F i g. 7 zeigt im Längsschnitt das Werkstück zeit der fertigen Plattierung nach
F i g. 4 bis 6; F i g. 8 zeigt im Vertikalschnitt ein beiderseits abgebrochenes
Werkstück beim Plattieren mit eiuier runden Metall- oder Blechplatte gemäß einer
weiteren Ausführungsform der Erfindung; F i g. 9 zeigt in Draufsicht das Werkstück
mit der fertigen Plattierung nach F i g. 8, und F i g.10 zeigt im Vertikalschnitt
das Werkstück mit der aufplattierten Ronde nach F i g. 9.
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In der Zeichnung ist das örtlich zu plattierende Werkstück 1 jeweils
in Form einer ebenen Metallplatte von beliebiger Größe dargestellt. Das Werkstück
braucht jedoch nicht unbedingt eben sein, sondern es kann auch irgendeine andere
räumliche Form haben, z. B. gebogen oder gekrümmt sein, wobei die Anordnung entsprechend
abgewandelt wird. Als Beispiel für die Plattierung des Werkstückes 1 mit einer örtlich
begrenzten Metallschicht wird die Aufbringung einer Metallplatte oder Blechplatte
beschrieben, die eine beliebige Grundrißform haben kann. Gemäß F i g. 1 bis 3 wird
eine rechteckige Metallplatte 2 aufgebracht, gemäß F i g. 4 bis 7 wird ebenfalls
eine rechteckige, gegebenenfalls aus zwei Hälften zusammengesetzte Metallplatte
2' aufplattiert, während F i g. 8 bis 10 die Aufbringung einer runden Metallplatte
2" veranschaulichen.
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Bei der Anordnung gemäß F i g. 1 wird über der Metallplatte 2 eine
keilförmige Pufferschicht 3 angeordnet, die aus einem nichtmetallischen Material
besteht, welches vorzugsweise nachgiebig bzw. elastisch ist, z. B. Gummi, Kunststoff
od. dgl. Das Material der Pufferschicht kann im übrigen je nach der Art der zu verschweißenden
Werkstoffe, der Art und der Detonationsgeschwindigkeit des Explosivstoffes oder
der sonstigen Bedingungen gewählt werden.
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über der keilförmigen Pufferschicht 3 wird der Explosivstoff
4 z. B. in Form einer Schicht oder Folie vorzugsweise aus plastischem Sprengstoff
angebracht. Die Explosivstoffschicht 4 ist mit einer Zündstelle
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versehen und mit einem Zünder mit Zündschnur 6 verbunden. Sie wird vorzugsweise
an der Anlaufstrecke bzw. Zündstelle auf einem Lagerkörper 7 abgestützt, der gleichzeitig
als Anschlag für die Metallplatte 2 und das schwächere Ende der keilförmigen Pufferschicht
3 dient.
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über der Explosivstoffschicht 4 kann als Verdämmung eine Deckschicht
8 angeordnet werden, die z. B. aus einem elastischen Material, wie Gummi, Kunststoff
od. dgl., besteht. Auf diese Dämmschicht wird zweckmäßig eine Metallplatte und gegebenenfalls
eine weitere Abdeckung aus spezifisch schwerem Material gelegt. Durch diese Abdeckung
der Explosivstoffschicht kann die bei der Explosion entstehende Schockwelle in Richtung
auf die aufzuschweißende Metallplatte gelenkt und durch die Reaktionswirkung verstärkt
werden. Auch wird dadurch der ausgeübte Druck gleichmäßiger verteilt.
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Die Stärke der keilförmigen Pufferschicht 3 nimmt von der Zündstelle
bzw. Zündstelle 5 aus in Richtung der Detonationsfront gemäß einem Keilwinkel zu.
Der Anstellwinkel a der Metallplatte 2 zur Oberfläche des Werkstückes 1 kann demgegenüber
verhältnismäßig klein gewählt werden. Im Grenzfall kann dieser Anstellwinkel auch
praktisch gleich Null sein. Nach der Zündung pflanzt sich die Schockwelle von der
Seite der Zündstelle 5 her über die Pufferschicht 3 und damit auch über die Metallplatte
2 hinweg bis zur anderen Randseite fort, wobei die Metallplatte 2 unter hohem Druck
auf das Werkstück 1 aufgeschweißt wird.
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Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 4 bis 7 wird auf einer rechteckigen
Metall- oder Blechplatte 2' bzw. auf zwei aneinanderstoßenden Metallplatten 2' eine
Pufferschicht 3' angeordnet, deren Stärke von der Mitte nach beiden Seiten hin zunimmt.
Es ergibt sich also für eine solche Pufferschicht 3' ein etwa V-förmiges bzw. oben
V-förmig eingekerbtes Profil, wie F i g. 4 beispielsweise erkennen läßt. Auf der
V-förmigen oder entsprechend nach innen gewölbten Oberfläche dieser Pufferschicht
wird eine Explosivstoffschicht 4' angebracht, z. B. als Folie aus plastischem Sprengstoff,
die entsprechend V-förmig oder gewölbt gebogen ist. Die Zündstelle 5' mit Zünder
und Zündschnur 6 befindet sich hierbei in der Mitte der Explosivstoffschicht 4',
d. h. über der tiefsten Stelle der nach beiden Seiten ansteigenden Oberfläche der
Pufferschicht 3'. Vorteilhaft wird die Zündstelle 5' dachförmig von der Mitte nach
den beiden Längsseiten der Pufferschicht hin abfallend ausgebildet, um eine gleichmäßige
Zündung von der Mitte nach den beiden Querseiten hin zu erreichen. Die Metallplatte
bzw. -platten 2' kann bzw. können einen kleinen Anstellwinkel « haben, der gegebenenfalls
aber auch fast oder völlig gleich Null sein kann. Auch bei dieser Einrichtung kann
über dem Explosivstoff 4' gegebenenfalls eine Dämm- oder Deckschicht entsprechend
F i g. 1 angebracht sein.
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Wenn gemäß F i g. 8 bis 10 eine runde Metall-oder Blechplatte 2" auf
das Werkstück 1 aufplattiert werden soll, so ist es gemäß einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung vorteilhaft, eine scheibenförmige Pufferschicht 3" zu verwenden, die
kegel-oder kalottenförmig profiliert ist bzw. eine kegel-oder kalottenförmige, mittlere
Aussparung 8' hat, in die der entsprechend geformte Explosivstoff 4" eingelegt wird,
welcher von einer mittleren Zündstelle 5" aus gezündet wird. Die Metallplatte 2"
kann kegelförmig ausgebildet sein, wobei der Kegelwinkel einem kleinen Anstellwinkel
entspricht. Dieser Kegel-oder Anstellwinkel kann bei entsprechender Formgebung der
Pufferschicht 3" auch bis auf Null verringert werden.
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Die Erfindung beschränkt sich nicht auf die vorstehend beschriebenen
und in der Zeichnung veranschaulichten Ausführungsbeispiele, sondern sie umfaßt
alle Varianten im Rahmen der wesentlichen Erfindungsmerkmale. Wenn z. B. die zu
plattierenden Werkstücke nicht eben sind, sondern irgendeine andere räumliche Form
bzw. Krümmung aufweisen, kann die Anordnung zum örtlichen Plattieren analog angewendet
werden, wobei die Pufferschichten eine der Raumform bzw. Krümmung des Grundwerkstückes
entsprechende Form und Krümmung im Sinn der Erfindung erhalten. Auf diese Weise
kann man auf beliebig großen und beliebig geformten Werkstücken an beliebigen Stellen
mehr oder weniger große, vorzugsweise örtlich begrenzte Plattierungen auf einfache
Weise rasch und sicher anbringen.