DE1919222B2 - Verfahren zum unterdruecken von nebenentladungen beim elektrohydraulischen umformen von werkstuecken - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Unterdrücken von Nebenentladungen beim elektrohydraulischen Umformen von rohrförmigen, an einem Ende geschlossenen Werkstücken, insbesondere Behältern, bei dem das Werkstück mit Hydraulikflüssigkeit gefüllt und darauf in der Flüssigkeitsfüllung vom offenen Ende des Werkstücks her eine elektrische Ladung in Richtung der Werkstückachse erzeugt wird.

Bei der Verformung der Umfangswand von an einem Ende geschlossenen Werkstücken, insbesondere Behältern, ist es erforderlich, die Entladungen im Inneren des Werkstücks vorzunehmen, und zwar zwischen Elektroden, die in Richtung der Achse des Werkstücks im wesentlichen in Fluchtung stehen. Da die Werkstücke an einem Ende geschlossen sind, müssen beide Elektroden vom offenen Ende des Werkstücks her unterstützt werden. Zu diesem Zweck werden die Werkstücke in eine geteilte Form eingesetzt, die durch einen Halter am offenen Ende verschlossen werden kann. Zwischen diesem Halter und der geteilten Form wird eine flexible topfförmige Membran eingespannt, die den eigentlichen Formhohlraum von dem Entladungsdruckraum trennt. An dem Halter ist die eine Elektrode direkt unterstützt, während von dem Halter mehrere zur Achse der Elektroden parallele Tragstarfgen ausgehen, an deren freien Enden die andere Elektrode abgestützt ist, wobei wenigstens eine der Tragstangen zugleich als Leiter ausgebildet und an den elektrischen Entladungskreis angeschlossen ist. Der von der flexiblen Membran eingeschlossene Entladungsdruckraum wird mit einer entsprechenden Hydraulikflüssigkeit gefüllt, worauf über die beiden Elektroden eine mehrfache Entladung ausgelöst wird, um eine symmetrische Verformung der Umfangswand des Werkstücks zu gewährleisten.

Die Praxis hat nun gezeigt, daß beim Betrieb einer solchen Vorrichtung unzulässige oder unerwünschte Verformungen an den Werkstücken auftreten können, sobald die angelegte elektrische Entladungsspannung vorbestimmte Werte überschreitet. Bei näherer Nachprüfung hat sich herausgestellt, daß solche unzulässigen Verformungen durch Nebenentladungen hervorgerufen werden, die beim Ansteigen der Entladungsspannung zwischen der einen Elektrode und den Leitern der Halterung für die andere Elektrode auftreten, bevor die eine Entladung zwischen den Elektroden bewirkende Spannung erreicht ist.

Alle Versuche, diese Nebencntladungen zu vermeiden, sind bisher gescheitert. Dazu gehört auch der Versuch, die Leitfähigkeit der in dem Entladungsdruckraum befindlichen Hydraulikflüssigkeit zu verändern oder dieser Flüssigkeit Antischaummittel beizufügen. Auch eine besonders gründliche Säuberung und Entleerung der Entladungsdruckkammer nach jedem Verformungsvorgang hat nicht zu dem gewünschten Erfolg geführt. Die einzige Möglichkeit,

ίο die Nebenentladungen zu unterdrücken, bestand bisher darin, den Abstand der beiden Elektroden zu verringern. Der verringerte Abstand führte jedoch gleichzeitigzu einer erheblichen Beeinträchtigung der Funktionsweise der Vorrichtung, insbesondere zu einer Verringerung der Verformungsleistung. Außerdem konnte eine zunehmende Elektrodenerosion beobachtet werden.

Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren der eingangs näher bezeichneten Art aufzuzeigen, mit

ao dem diese Schwierigkeiten zuverlässig vermieden werden und das Auftreten von Nebenentladungen ausgeschlossen und gewährleistet wird, daß die op'.imalen Elektrodenabstände beibehalten werden können.

s Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Hydraulikflüssigkeit in dem Druckraum vor und während der Entladung auf <=inem hydraulischen D'uck im Bereich von 21 kg/cm²bis zu 210 kg/cm², vorzugsweise zwischen 42 kg/cm² bis 56 kg/ cm² gehalten wird.

Es hat sich überraschenderweise gezeigt, daß ohne die Notwendigkeit irgendwelcher sonstiger Veränderungen der für die Durchführung des Verfahrens verwendeten Vorrichtung das Auftreten von Nebenentladungen zuverlässig verhindert werden kann, wenn man den Druck der Hydraulikflüssigkeit in dem Entladungsdruckraum in der angegebenen Weise erhöht. Bei Anwendung dieser Verfahrensweise konnte bei normalem Elektrodenabstand gearbeitet werden, ohne daß die gefürchteten Nebenentladungen auftreten. Dadurch wird eine exakte Steuerung des Entladungsvorgangs bei maximaler Verformungsleistung und geringer Elektrodenerosion möglich, wobei das Werkstück mit höchst möglicher Genauigkeit und schonend ausgeformt werden konnte.

Es ist an sich bekannt, bei der elektrohydiaulischen Umformung von Werkstücken während des Verformungsvorgangs mit einem erhöhten Druck zu arbeiten. (Vgl. US.-Patentschrift 3267710.) In diesem bekannten Falle wird die Hydraulikflüssigkeit im Umlauf geführt und es wird eine relativ geringe Druckerhöhung von beispielsweise 8,5 kg/cm² bis etwa 10 kg/cm verwendet. Dabei wird der Druck in einem Druckakkumulator bereitgehalten, der über ein Ventil in den Druckübertragungsraum weitergeleitet wird, in dem Augenblick, in dem die Entladung beginnt. Ein Druck vor der Entladung wird in der Hydraulikflüssigkeit nicht erzeugt oder aufrechterhalten. Außerdem ist der im bekannten Fall angewendete Druck für die Unterdrückung von Nebenenitladungen nicht ausreicht. Schließlich wird in dem bekannten Fall auch mit einem Schmelzdraht zwischen den Elektroden und damit mit einem veränderlichen Entladungsspalt gearbeitet. Außerdem handelt es sich in dem be- kannten Fall um eine Anordnung, bei der ohnehin nur Werkstücke verformt werden, bei denen eine Abstützung der zweiten Elektrode innerhalb des Werkstücks mit Hilfe einer die Nebenentladungen veran-

lassenden Halterung nicht erforderlich ist und auch nicht vorgesehen ist.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zum Ausführen des neuen Verfahrens näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 in schematischtT Darstellung und teilweise im Längsschnitt eine Vorrichtung zum Ausführen des neuen Verfahrens und

Fig. 2 ein Zeit Druckdiagramm, aus dem sich die unterschiedlichen Drücke in der Hydraulikflüssigkeit während eines Verformungszyklusses ergeben.

In der Fig. 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Durchführen des neuen Verfahrens gezeigt, die einen elektrohydraulischen Wandler 11 mit einem oberen starren Tragteil 12 und einem unteren Druckraum 13 aufweist, der von einer flexiblen Membran 14 umschlossen ist. Eine Elektrode 15 mit einem Isolierkörper ragt durch eine Bohrung 16 im Tragteil 12 hindurch und endet in einem nicht isolierten Endteil 17, der aus einem Reflektor 18 hervorragt. Auch der Reflektor 18 wird vom Tragteil 12 gehalten. Ein nichtisolierender Endteil 20 einer weiteren Elektrode 21 ist axial fluchtend, jedoch in einem Abstand von dem Endteil 17 angeordnet. Diese Elektrode 21 ist zweckmäßigerweise in einer Bohrung 22 eines elektrisch leitenden metallischen Reflektors 23 gehalten, der seinerseits von einer Mehrzahl elektrisch leitender metallischer Stangen 24 gehalten ist, von denen in der Figur nur eine dargestellt ist. Diese Stangen sind mit einem Masseleiter 25 elektrisch leitend verbunden.

Im Tragteil 12 ist ein Kanal 26 vorgesehen, der sich durch den Reflektor 18 hindurch erstreckt und dazu dient, eine Hydraulikflüssigkeit in den Druckraum 13 einzubringen. Hierbei handelt es sich um eine schwache, etwa 4%ige Salzlösung. Im Tragteil 12 befindet sich ein weiterer Kanal 27, der sich ebenfalls durch den Reflektor 18 hindurch erstreckt und der dazu dient, den Druckraum 13 nach der erfolgten elektrischen Entladung mittels einer Pumpe 31 zu entleeren. Die Pumpe 31, die mit einer Abflußeinrichtung verbunden ist, steht mit dem Druckraum 13 über eine Rohrleitung 28, ein Ventil 29 und ein Rückschlagventil 30 in Verbindung.

Der Tragteil 12 ist stationär gehalten, während drei Teile 32 bis 34 einer Form, die einen Formhohlraum 35 umschließt, beweglich angeordnet sind und zur Aufnahme eines am Boden geschlossen Werkstücks T dienen. Bei diesem Werkstück T kann es sich beispielsweise um einen Dosenrumpf aus Metall, Kunststoff, Papier oder anderen Werkstoffen handeln, der am unteren Ende L verschlossen, am anderen Ende U offen ausgebildet ist und über die flexible Wandung 14 des Druckraums 13 aufgeschoben und in dieser Lage im Formhohlraum 35 aufgenommen ist.

Das obere offene Ende des Formhohlraums 35 wird unter Anlage einer ringförmigen Schulter 36 des Reflektors 18 verschlossen. Dabei wird durch diese Schulter der Randflansch F des rohrförmigen Werkstücks T eingeklemmt.

Das Werkstück T wird in der in Fig. 1 gezeigten Weise zunächst auf den Formteil 34 aufgesetzt und die Form durch Zusammenfahren ihrer Teile geschlossen, wobei der Flansch F zur Anlage an die Schulter 36 kommt. Der Druckraum 13 wird mit Hydraulikflüssigkeit über Kanal 26 hindurch befüllt. Wenn es sich bei der Hydraulikflüssigkeit in der Druckkammer 13 um eine Salzlösung schwacher Konzentration handelt, dann wird die Füllung in der Weise vorgenommen, daß nach Herstellung der gewünschten Mischung durch eine Mischeinrichtung 40, 42 bis 44 die Salzlösung aus einem Tank 41 über eine Rohrleitung 46 zu einer Kammer 46 eines Drucküberiragers 47 geleitet wird, der mit dem Kanal 26 über die Rohrleitung 48 und ein Rückschlagventil 50 verbunden ist. Der Druckübertrager 47 dient dazu, in der in die Druckkammer 13 eingefüllten Salzlösung einen Druck zu erzeugen, bevor eine elektrische Entladung über die Enden 17 und 20 der Elektroden 15 und 21 vorgenommen wird.

Der Druckübertrager 47 weist in einem Zylinder einen Doppelkolben 51 auf, dessen eine Stirnfläche ¹S 52 einen Teil der Begrenzung der Kammer 46 bildet, während die andere Stirnfläche S3 in eine Arbeitskammer 54 ragt. Eine Druckflüssigkeit, beispielsweise Öl, wird aus einem Vorratsbehälter 55 über eine Rohrleitung 57, eine Hydraulikpumpe 56 und über eine Rohrleitung 58 in die Arbeitskammer 54 geleitet, so daß der Kolben 51 bei Betrachtung der Fig. 1 nach rechts geschoben wird und dadurch eine Drucksteigerung im Druckraum 13 hervorruft. Während der von links nach rechts gehenden Bewegung des Doppelkol^a5 bens 51 wird öl, das sich hinter oder in der Figur rechts von dem Kolbenabschnitt 53 befindet, durch eine Rohrleitung 60 in den Vorratsbehälter 55 abgeleitet.

Der Fülldruck der Salzlösung in dem Druckraum 13 ergibt sich durch den Druck in der Wasserleitung und beträgt etwa 2,1 kg/cm² (siehe Fig. 2).

Nunmehr wird über die Hydraulikpumpe 56 Drucköl aus dem Vorratsbehälter 55 abgezogen und dem Druckraum 54 zugeführt. Der Doppelkolben 51 wird von links nach rechts bewegt und seine Stirnfläche 52 sperrt die Rohrleitung 45 ab. Daraufhin steigt der Druck im Druckraum 13 an. Der Druckanstieg kann sich in der Größenordnung von etwa 21 bis 210 kg cm² bewegen. Vorgezogen werden Drücke in der Größenordnung von 42 bis 56 kg/cm². Während dieser Steigerung des Drucks in der Druckkammer 13, der sich aus der Fig. 2 in der Größenordnung von 56 kg/cm² ablesen läßt, wird die flexible Membrane 14 in zunehmendem Maße in radialer Richtung nach außen aufgeweitet. Dadurch wird das rohrförmige Werkstück T dem Formhohlraum 35 grob angepaßt. Daraufhin wird der Druck im Druckraum 13 plötzlich auf beträchtliche Werte (bis zu 2100 kg/cm²) gesteigert, indem er elektrische Schalter 37 der Entladungseinrichtung geschlossen wird. Dadurch wird elektrische Energie, die sich in einem Kondensator oder einer Induktionsspule gespeichert hat, plötzlich über die Entladungsstrecke entladen, die zwischen den Endteilen 17 und 20 der Elektroden 15 und 21 liegt. Diese elektrische Entladung erzeugt eine sich rasch ausdehnende Plasmablase in der Entladungsstrecke. Das Zusammenwirken der sich ausdehnenden Plasmablase mit der nahezu inkompressiblen Salzlösung führt zu einem mechanischen Druckstoß, dessen Kraftwirkung radial nach außen gerichtet ist und der die Membran 14 stärker als zuvor nach außen auslenkt und auf diese Weise dazu führt, daß das rohrförmige Werkstück T in sehr innigen und genauen Kontakt mit den Begrenzungsflächen des Formhohlraums gedrückt wird. Infolge des hohen Vordrucks in dem flüssigen Medium, der in der Größenordnung von kg/cm² liegt, werden Nebenentladungen zwischen der Elektrode und dem Traggestänge verhindert. Zu-

gleich wird aber auch der Abbrand der Schaltkontaktstücke des elektrischen Schalters 37 erheblich vermindert. Sobald das rohrförmige Werkstück T in der geschilderten Weise verformt wurde, wird das Ventil 29 geöffnet und die Pumpe 31 in Betrieb genommen, um den Druck im Druckraum 13 zu senken und das flüssige Medium aus ihm abzuziehen.

Der Doppelkolben 51 wird nun aus seiner in der Figur rechts eingezeichneten Lage in die linke Endstellung überführt und es wird zugleich die Öffnung, mit welcher die Rohrleitung 45 ausmündet, wieder freigegeben. Nunmehr kann nach dem Schließen des Ventils 29 ein neuer Arbeitszyklus eingeleitet werden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Verfahren zum Unterdrücken von Nebenentladungen beim elekirohydraulischen Umformen von rohrförmigen, an einem Ende geschlossenen Werkstücken, insbesondere Behältern, bei dem das Werkstück mit Hydraulikflüssigkeit gelullt und darauf in der Flüssigkeitsfüllung vom offenen Ende des Werkstücks her eine elektrische Entladung in Richtung der Werkstückachse erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit in dem Druckraum vor und während der Entladung auf einem hydraulischen Druck im Bereich von 21 kg. cm² bis 210 kg, cm^:, vorzugsweise zwischen 42 kg cm^: bis 56 kg.'crrr. gehalten wird.