DE1902246B2

DE1902246B2 - Vorrichtung zum Umformen zylindrischer Werkstücke durch Unterwasser-Funkenentladung einer Kondensatorbatterie

Info

Publication number: DE1902246B2
Application number: DE19691902246
Authority: DE
Inventors: Jochen Dr.-Ing. 8510 Fuerth Haeusler; Guenter 8500 Nuernberg Maerz
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1968-03-04
Filing date: 1969-01-17
Publication date: 1974-09-12
Also published as: DE1902246A1; FR2003162A1; GB1217825A; AT285303B; DE1902246C3; CH464130A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Umformen zylindrischer Werkstücke durch Unterwasser-Funkenentladung einer Kondensatorbatterie zwischen den Elektroden einer mittels eines Zünddrahtes gezündeten Funkenstrecke.

Bei der Hochgeschwindigkeitsumformung von Metallen durch Unterwasser-Funkenentladung wird eine Kondensatorbatterie über eine in einer Flüssigkeit z. B. Wasser — befindliche Funkenstrecke entladen. Durch den Funkenüberschlag zwischen den Elektroden der Funkenstrecke bildet sich eine unter hohem Druck stehende Dampfsäule aus. Die sich ausbreitende Dampfsäule treibt Druckwellen in Form von Stoßwellen durch die Flüssigkeit. Diese treffen auf das Werkstück auf und verformen es {»Werkstatt und Betrieb«, 96. Jahrgang, 1963, Heft 5, S. 297 bis 305).

Ist die beim Zuschalten der auf Arbeitsspannung geladenen Kondensatorbatterie in der Funkenstrecke entstehende elektrische Feldstärke für den Durchschlag groß genug, so ist kein Zünddraht zwischen den Elektroden erforderlich, üblicherweise wird jedoch auch in diesen Fällen ein Zünddraht verwendet, da durch diese die Homogenität und die Reproduzierbarkeit des Funkenkanals verbessert werden können. Optimierungsuntersuchungen haben jedoch gezeigt, daß der Wirkungsgrad der Umformung durch Verwendung eines Zünddrahtes stets vermindert wird im Vergleich zum freien Durchschlag.

Völlig anders liegen demgegenüber die Verhältnisse bei der Umfornurg zylindrischer Werkstücke durch Unterwasser-Funkenentladung, wenn hierbei so große Elektrodenabstände gewählt werden müssen, daß ein freier Durchschlag nicht mehr zustande kommt und die Zündung nur über einen Zünddraht erfolgen kann. Für diese Fälle werden in der Literatur (ASD Interim Report 7-844 (IV), Jan. 1962, »Capacitor Discharge Metal Forming«) sogenannte »optimale Durchmesser« des Zünddrahtes angegeben, bei denen der größte Wirkungsgrad zu erzielen sei. Dieser »optimale Drahtdurchmesser« ist von der Spannung und den elektrischen Parametern der Kondensatorbatterie abhängig und muß daher bei Variation dieser Größen stets neu ermittelt werden. Für Drähte, weiche stärker oder dünner als der Draht mit »optimalem Drahtdurchmesser« sind, wird ein schneller Abfall des Wirkungsgrades angegeben. Zur Deutung dieser Erscheinung sind Anpassungsbetrachtungen üblich, die den Entladekreis als gedämpften Schwingkreis auffassen und so eine optimale Anpassung für die größte Abgabe an den Draht und die Schockwelle bei einer optimalen Drahtstärke erklärbar erscheinen lassen.

Nach dieser bisher üblichen Vorstellung stellen Zünddrähte mit extrem kleinem und extrem großem Durchmesser eine krasse Fehlanpassung dar, welche zu schlechten Wirkungsgraden führen müßte.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung für Hochgeschwindigkeits-Umformverfahren für zylindrische Umformprobleme mit opti-

miertem Wirkungsgrad durch Unterwasser-Funkenentladung einer Kondensatorbatterie mittels einer durch einen Zünddraht gezündeten Funkenstrecke zu schaffen, bei der es nicht erforderlich ist, jeweils einen sogenannten »optimalen Drahtdurchmesser« für den

Zünddraht entsprechend den elektrischen Parametern der Kondensatorbatterie stets neu zu ermitteln.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß der Durchmesser des Zünddrahtes höchstens 0,01 mm beträgt.

Durch die Erfindung hat sich überraschenderweise gezeigt, daß — zur Erzielung eines optimalen Wirkungsgrades — ein Durchmesserbereich für den Zünddraht angegeben werden kann, bei dem nach bisheriger Auffassung keine nennenswerte Umformung erwartet werden konnte.

Durch die USA.-Patentschrift 3 228 221 ist eine Vorrichtung zum Umformen von Werkstücken durch Unterwasser-Funkenentladung zwischen den Elektroden einer mittels Zünddraht gezündeten Funkenstrecke bekannt. Der Durchmesser des Zünddrahtes kann hierbei im Bereich zwischen 2,5 μ bis 3,2 mm liegen. Aus der Angabe eines derartig breiten Drahtdurchmesserbereichs kann keine Lehre zur Optimierung gezogen werden. Es bleibt weiterhin erforder-

Hch, entsprechend den Apparatparametern und dem jeweiligen Umformproblem den jeweiligen optimalen Drahtdurchmesser durch Versuchsreihen zu ermitteln. Durch die Erfindung werden gegenüber dem Bekannten wesentliche technische Fortschritte erzielt.

So übertreffen z. B. die im erfindungsgemäßen Durchmesserbereich liegenden Zünddrähte bezüglich des Wirkungsgrades stets den beim »optimalen Drahtdurchmesser« erreichbaren Wirkungsgrad. Weiterhin ist der erfindungsgemäße Durchmesserbereich von den elektrischen Daten des Entladekreises unabhängig im Gegensatz zum »optimalen Drahtdurchmesser«, der jeweils erst ermittelt werden muß. Außerdem ist bei Verwendung von Zünddrähten gemäß der Erfindung der Elektrodenabstand trotz des höheren Wirkungsgrades geringer als bei Zünddrähten mit einem sogenannten »optimalen Drahtdurchmesser«.

Zur Verdeutlichung der mit der Erfindung erzeillen technischen Vorteile sind im folgenden Versuchsergebnisse tabellarisch zusammengestellt, welche die Verbesserung des Wirkungsgrades im erfindungsgemäßen Durchmesserbereich für die Zünddrähte bestätigen.

In der Tabelle bezeichnen C, L und R₁ die Kapazität in μΓ, die Induktivität in μΗ und den Zuleitungswiderstand in mu des Entladekreises. Mit U ist die Arbeitsspannung in kV und mit 2 s der doppelte Umformweg bezeichnet. Der untere Index gibt den Durchmesser des Zünddrates an. Die Beispiele beziehen sich auf zylindrische Aluminium- bzw. Stahlrohre.

a) Al-Rohre 40 mm 0, 1 mm Wandstärke, 115 mm lang, geglüht, Elektrodenabstand 1 = 75 mm

	L-M	*R- mil*	L kV	2.V₀ „j mm	2Ji₁₁₀, mm	2s,..,,. mm	d,_op,,min
16,8 18,8 16,8	0,262 0,262 L08	19,65 10,65 34,8	7,5 10 10	5,4 11,0 9,5	5,0 10.2 9,0	2,8 5,4 6,8	0,35 0,4 0,38

b) Al-Rohre 60 mm 0,	LM	2 mm Wandstärke, 115 mm lang, geglüht, Elektrodenabstand 1 = 7f	I kV	- Voi /mm	2\j.o₂ mm	2-v.,,,,,. mm	) mm
C_:jiF	0,262 0,262 0,262	R. mti	15 17,5 20	12,5 14,5 18	12,5 14 17,6	7,4 12 17,6	d_vpl,/mm
16,8 16,8 16,8	19,65 19,65 19,65	0,45 0,38 0,28

c) Stabl-Rohre 60 mm 0, 1 mm Wandstärke, 115 mm lang, geglüht, Elektrodenabstand 1 = 75 mm

*C if*	LM	R; mti	(.kV	2s,,,-;; mm	2.V₀₀₂ mm	2s„,_p,, mm	•ί,ορο/mm
1 ■ 16,8	0,262	19	10,8	2,4	2,2	1,2	0,4
2· 16,8	0,228	11,7	10,8	4,3	4	2,5	0,6
4· ϊό,Β	υ, iys	8,2	10,8	JM	.__	5	υ,»
6· 16,8	0,187	6,65	10,8	11,1	12	9	0,7
1 · 16,8	0,262	19	26,5	12	—	11,5	0,25

d) Stahl-Rohre 60 mm 0, 1 mm Wandstärke, 225 m lang, geglüht, Elektrodenabstand 1 = 187 mm

</.„„,. mm

C xF

L M

R- mti

U kV

2v„,„ mm

2ν,,,,, mm

2 v.,,,,,. mm

16,8

0,262

19

20

2,5

1,4

0,55

e) Al-Rohre	60 mm	0	2	mm Wandstärke, 225 mm	L kV	lang, geglüht,	Elektrodenabstand 1 =	2v.„_r,. mm	187	mm
C \|iF	LM			R- mil	25	2.v„„, mm	2 V₀₀₂ mm	8,5		</,„,,,, mm
16,8	0,262			19		14,2	14,0		0,7

Die Ausführungsbeispiele zeigen, daß bei Verwendung eines Zünddrahtes mit einem Durchmesser innerhalb des erfindungsgemäßen Bereiches in jedem Falle ein höherer Umformgrad erreicht wird als bei Verwendung eines Zünddrahtes mit einem sogenannten »optimalen Drahtdurchmesser«, der darüber hinaus stark von den Anlageparametern abhängt. Besonders die Beispiele d) und e) zeigen, daß bei großen Drahtlängen auch bei hohen Spannungen der erfindungsgemäße Durchmesser bereich eine wesentliche Wirkungsgradverbesserung bringt.

Claims

Patentanspruch:

"* Vorrichtung zum Umformen zylindrischer Werkstücke durch Unterwasser-Funkenentladung einer Kondensatorbatterie zwischen den Elektroden eiiier mittels eines Zünddrahtes gezündeten Funkenstrecke, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Zünddrahtes höchstens 0,02 mm beträgt.