DE2322755A1 - Verfahren und vorrichtung zum aufweiten metallischer hohlzylinder durch stosswellen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zum Aufweiten metaYli#cher Hohlzylinder durch Stoßwellen Das Aufweiten eines metallischen Hohlzylinders durch Stoßwellen ist, wenn dieser Vorgang ohne Verwendung einer der gewünschten Endform entsprechenden Matrize durchges fUhrt werden sollg ein technisch nur unzulänglich gelöstes Problem, Bei den derzeit üblichen Verfahren wird im all gemeinen eine in der Hohizylinderachse angebrachte Sprengladung abdetoniert und die freigesetzte Energie breitet sich in Form einer Stoßwelle konzentrisch durch das Ubertragungsmedium Wasser nach allen Richtungen aus. Der Ring steht dabei auf einer massiven Bodenplatte und ist an der oberen Stirnseite entweder ganz offen oder teilweise mit einem Deckel beschwert. Durch die ungleichmäßige Energieverteilung über die Ringhöhe sowie durch die am oberen Ringende vorherrschende verminderte Verdämmung kommt es zu einer ungleichmäßigen Verformung und als Ergebnis einer solchen Sprengung entsteht niemals ein Hohlzylinder. Nur durch eine Anzahl von Richtschüssen, wobei die Ladungspositur an jenen Stellen erfolgt, die in der Verformung zurückgeblieben sind, gelingt es schließlich,die hohlzylindrische Form wieder herzustellen0 Da dies ein sehr zeit- und arbeitsintensiver Vorgang ist, ist das Verfahren dementsprechend kostspielig0 Es konnte gefunden werden, daß die Aufweitung eines metallischen Hohlzylinders durch Stoßwellen bei Einhaltung von Bedingangens die im folgenden angeführt sind, wieder unmittelbar einen Hohlzylinder ergibt0 Eine der Voraussetzungen für eine gleichmäßige Verformung über die gesamte Zylinderhöhe ist ein möglichst gleichmäßiges Energieeinbringen wie es durch an sich bekannte, in der Hohl zylinderachse angebrachte Stabladungen bis zu einem gewissen Grad erzt#lt werden kann, Eine Vervollkommnung dieses Verfahrens wlrd dadurch erreicht, daß für eine vollständige Verdämmung am oberen und unteren Zylinderende gesorgt wird. Hierzu muß das System geschlossen sein, und zwar nicht nur zu Beginn der Verformung, sondern während des gesamten Verformungsvfjrganges0 Beim Aufweiten eines metallischen Hohlzylinders verkürzt sich dieser. Dieser Verkürzung der Verformung muß die Sprenganlage Rechnung tragen; ansonsten würde es am oberen und unteren Zylinderende zu einer#Spaltbildung, einem Ausblasen des Ubertragungsmediums(Vasser) und sorgt zu einer geringeren Verformung kommen, was wieder eine vom Hohlzylinder abweichende Form ergäbe.
• Eine weitere Voraussetzung für eine gleichmäßige Verformung über die gesamte Zylinderhöhe ist die Ausschaltung der Randeinflüsse vom Ubertragungsmedium und von der Sprengstoffsäule am oberen und unteren Zylinderende. Beide würden bei Nichtbeachtung aufgrund der dadurch eintretenden Energieverluste wieder eine geringere Verformung an den betreffenden Stellen hervorrufen, was zu einer geringeren Aufweitung am oberen und unteren Ende des Hohlzylinders führen würde0 Den oben beschriebenen Voraussetzungen fur eine Sprengung, bei der aus einem Hohlzylinder wieder unmittelbar ein Hohlzylinder entsteht, wird von der in Fig. 1 abgebildeten Sprengvorrichtung Rechnung getragen. Die Bodenplatte 1 und der Deckel 2 sind zueinander spiegelsymmetrisch und an der Ober-bzw. Unterseite von der Randzone her gegen die Mitte abfallend mit einer konischen Abschrägung versehen Der Winkel dieser Schräge ergibt sich aus der beabsichtigten Wandst#rI#enverminderung #s , für die die Beziehung gilt 1) #s = k . #dm Hieraus und aus der Volumskonstanz bei der Aufweitung ergibt sich die Beziehung Hierin bedeutet bh die Höhenverminderung, und #dm die aus der Veränderung des mittleren Durchmessers berechnete Um fangsvergrößerung, wobei als mittlerer Durchmesser der algebraische Mittelwert zwischen dem inneren und dem äußeren Durchmesser des Hohlzylinders gilt. k ist eine Materialkonstante. Sie beträgt z.B. für einen Stahl mit 0,5 % C; 18 % Mn und 5 ,~ Cr ca. O,45o Der Winkel der erforderlichen Schräge in der Boden- und Deckplatte ergibt sich jeweils aus der ersten Ableitung der Beziehung 2. Die Aufweitung bei jedem einzelnen Verformungsschritt ist so gering, daß die obige Funktion in dem in Frage kommenden Bereich als linear betrachtet werden kann.
• An der Oberseite der Bodenplatte 1 sowie an der Unterseite der Deckplatte 2 sind in deren Zentrum Ausnehmungen 13 und 14 zur Aufnahme der Wasserüberhöhung sowie der Überlänge der Sprengstoffsäule angebracht, die vorzugsweise unmittelbar an die konische Abschrägung anschließen. Diese müssen so bemessen sein, daß das vom Hohlzylinder umschlossene Volumen auch nach erfolgter Aufweitung vollkommen mit Wasser gefüllt ist0 Die Deckplatte 2 ist in der Achse sowie an einer Stelle der Wasserüberhöhung mit den Bohrungen 3 und 4 versehen.
• Die Bohrung 3 ist für die Durchführung einer oder mehrerer parallelgeschalteter Zündleitungen 10 sowie als Ausströmöffnung für die bei Füllung des gesamten Systems mit Wasser 11 bertragungsmedium für die Stoßwelle) durch die Bohrung 4 zu verdrängende Luftblase vorgesehen. Die Sprengladung 8, welche durch den Initialzünder 9 zur Detonation gebracht wird, ist in der Achse des Hohlzylinders angebracht und über dessen oberen und unteren Rand hinausgezogen. Es können auch mehrere, über die Länge der Sprengstoffsäule verteilte Initialzünder 9 mittels mehrerer parallelgeschalteter Zündleitungen 10 gleichzeitig zur Detonation gebracht1 werden. Um eine exakt zentrische Position zu gewährleisten, wird die Sprengladung 8 durch entsprechende Ladungsträger, welche in-Fig. 1 nicht eingezeichnet sind, gehalten; diese sollen zweckmäßigerreise aus einem Material gefertigt sein, welches bei der Detonation keine scharfkantigen Splitter bildet, wodurch die Innenfläche des Hohlzylinders 5 beschädigt werden könnte.
• Die Deckplatte 2 ist über D#stanzbolzen 6, welche eine Zu führung der Zündleitung(en) 10 ermöglichen, mit der Masse 7 beschwert, welche so bemessen sein muß, daß durch die bei der Detonation nach oben wirkenden Kräfte ein Wegfliegen des Deckels und somit Öffnen des gesamten Systems mit Sicher heit vermieden wird.
• Die Abdichtung des Systems (Hohlzylinder 5 gegen Bodenplatte 1 und Deckplatte 2) kann in einfacher Weise mit einem Fett erfolgen; es kann aber auch ein imprägnierter Pappzylinder 12 mit gleichem Durchmesser wie ihn die Ausnehmung 13 aufweist, in die Ausnehmung 13 für die Aufnahme der Wasserüberhöhung der Bodenplatte 1 gestellt werden.
• Zur Verminderung der Flächenpressung an der Ober- und Unterseite des Ringes können zwischen Decks und Bodenplatte Stützelemente 15 vorgesehen sein, Zur weiteren Veranschaulichung dieser Sprenganordnung ist im der folgendenjAblauf einer Sprengung geschildert.
• Der am oberen und unteren Ende im gleichen Winkel wie Bodenplatte 1 und Deckplatte 2 zur Erreichung einer satten Auflage sowie zur Erleichterung der Abdichtung von innen nach außen abfallend abgeschrägte Hohlzylinder 5 wird, nachdem die konische- Auflagefläche der Bodenplatte 1 mlt einer dünnen Schicht aus Fett versehen wurde, auf dieselbe aufgesetzt und die innere Trennfuge zwischen dem HohlzyllnAer 5 und Bodenplatte 1 noch einmal mit Fett zugeschmiert. Falls Hohl zylinder verformt werden die auf Grund ihres Verwendungszwecks nicht abgeschrägt sein dürfen, kann deren Abschrägung auch unterbleiben oder nach der Verformung abgedreht werden.
• Außerdem kann sich die Abschrägung auf die äußere Randzone des Hohlzylinders beschränken.
• Nun wird der Hohlzylinder 5 bis ans obere Ende mit Wasser 11 gefüllt und die von eInem Ladungsträger gehaltene Ladung 8 sowie Initialzünder 9 und-zundle.tungÇen) 10 zentrisch ein gebracht Die obere Auflagefläche des Hohlzylinders 5 sowie die Auflagefläche der Deckplatte 2 werden ebenfalls elngefettetO (Bei Verwendung eines imprägnierten Pappzylinders entfallen die eben beschriebenen Dichtarbelten)O Die Deckplatte 2 wird an einen Kran gehängt und über das gesamte System gefahren; die Zündleitungen 10 werden durch die Bohrung 5 gefädelt und|nun die Deckplatte 2 auf den Hohlzylinder 5 aufgesetzt.
• ym ein exakt zentrisches Aufsetzen der Deckplatte 2 zu gewährleisten, können zwischen Bodenplatte 1 und Deckplatte 2 eingebrachte Führungsstifte zu Hilfe genommen werden, welche in Fig. 1 nicht eingezeichnet sind, Nun wird das Volumen:) vom oberen Ende des Hohlzylinders bis zum oberen Ende der Ausnehmung für die Wasserüberhöhung an der Deckplatte 2 durch die Bohrung 4 mit Wasser 11 gefüllt, wobei die eingeschlossene Luft durch die Bohrung 3 entweichen kann. Wenn bei den Bohrungen 3 und 4 das Wasser 11 überläuft, ist das System voll.
• Nun werden die Distanzbolzen 6 aufgesetzt und anschließend die Deckplatte 2 mit der Masse 7, welche sich aus Teilmassen zusammenizen kann, beschwert. Die Anordnung ist jetzt zur Durchführung der Explosionsverformung bereit.
• Nach der Detonation wird das System in umgekehrter Reihenfolge auseinandergenommen. Bei größeren beab4jchtigten Aufweitungen kann dieses Verfahren beliebig oft wiederholt werden.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren zum Aufweiten metallischer Hohlzbiniler dadurch Stoßwellen unter Verwendung einer zentralen Sprengladung und Wasser als Übertragungsmedium, dadurch g e k e n n z e 1 c h -net, daß der zu verformende Hohlzylinder (5) auf eine von der Randzone her gegen die Mitte abfallend konisch abgeschrägteS mit einer vorzugsweise unmittelbar an die Abschrägung anschließenden Ausnehmung (13) versehene Bodenplatte g1) auf gesetzt wird, wobei das Volumen der Ausnehmung (13) R0 be messen ist, daß das vom Hohlzylinder umschlossene Volumen auch nach erfolgter Aufweitung vollkommen mit Wasser gefüllt ist, daß der Hohlzylinder (5) bis ans obere Ende mit Wasser (11) gefüllt wird und eine von einem Ladungsträger gehaltene Ladung (8), ein oder mehrere Initialzünder (9) und eine oder mehrere parallelgeschaltete Zündleitungen (10) zentrisch in den Hohlzylinder (5) eingebracht werden, daß eine ebenfalls konisch abgeschrägte zur Bodenplatte (1) spiegelsymmetrische Deckplatte (2) über das System gefahren, die Zündleitungen (10) durch eine Bohrung (3) in der Deckplatte 62) gefädelt und die Deckplatte (2) auf den oberen Rand des Hohlzylinders (5) aufgesetzt wird, daß das Volumen vom oberen Ende des Hohlzylinders (5) bis zum oberen Ende der zur Aus nehmung (13) spiegelsymmetrischen Ausnehmung (14) in der Deckplatte (2) durch eine Bohrung (4) in der Deckplatte (2) mit Wasser (11) gefüllt wird, bis dieses durch die Bohrung (4) abläuft, wobei die eingeschlossene Luft durch die Bohrung (3) entweichen kann9 daß auf die Deckplatte (2) Distanzbolzen (6) aufgesetzt und diese mit einer Masse (7) beschwert werden, daß die Sprengladung (8) mittels ier Zündleitungen (10) über eine oder mehrere Initialzündungen (9) zur Detonation gebracht wird und daß das System nach erfolgter Detonation in umgekehrter Reihenfolge auseinanw dergenommen wird0

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet9 daß der zu verformende Hohlzylinder (5) am oberen und unteren Ende von innen nach außen abfallend ganz oder nur in der äußeren Randzone im gleichen Winkel wie die Bodenplatte (1) und die Deckplatte (2) abgeschrägt ist.

3 Verfahren nach den Anspruche 1 und 29 dadurch gekenn zeichnet, daß die inneren Trennfugen zwischen dem Hohlzylinder (5) und der Bodenplatte (1> bzw. der Deckplatte (2) mit Fett abgedichtet werden.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein imprägnierter Pappzylinder (12) mit dem gleichen Durchmesser, wie ihn die Ausnehmung g15) aufweist9 zwecks Abdichtung in diese Ausnehmung gestellt wird.

5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das exakt zentrische Aufsetzen der Deckplatte (2) durch Führungsstifte zwischen der Bodenplatte (1) und der Deckplatte (2) herbeigeführt wird.

6e Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,daß die Flächenreibung durch Stützelemente (15) zwischen Bodenplatte (i) t'nd Deckplatte (2) herabgesetzt wird.

7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch If dadurch gekennzeichnet, daß auf eine von der Randzone her von außen nach innen abfallend konisch abgeschrägte, mit einer vorzugsweise unmittelbar an die Abschrägung anschließenden Ausnehmung (13) versehene Bodenplatte t1) der zu verformende Hohlzylinder (5) aufgesetzt ist, wobei das Volumen der Ausnehmung ( so bemessen ist9 daß das vom Hohlzylinder (5) umschlossene Volumen auch nach erfolgter Aufweitung vollkommen mit Wasser gefüllt ist9 daß auf den Hohlzylinder (5) eine ebenfalls abgesohrägte, zur Bodenplatte (1) spiegelsymmetrische, mit zwei Bohrung gen (3 und 4) und einer Ausnehmung (14) versehene Deck platte (2) aufgesetzt Ist, daß sich im Zentrum des Systems eine von einem Ladungsträger gehaltene, mit mindestens einem Initialzünder (9) versehene Stabladung (8) befindet, zu der durch die Bohrung (3) mindestens eine Zündleitung (10) führt und daß der Hohlzylinder (5) samt den Aus nehmungen (13 und 14) in der Boden- bzw. Deckplatte voll kommen mit Wasser (11) gefüllt ist.

8. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlzylinder (5) von innen nach außen abfallend ganz oder nur in der äußeren Randzone im gleichen Winkel wie die Bodenplatte (1) und die Deckplatte (2) abgeschrägt ist.

anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 bis 3, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet daß die inneren Trennfugen zwischen dem Hohlzylinder (5), der Bodenplatte (1) und der Deckplatte (2) mit Fett abgedichtet sind.

10. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1,2,4,5 und 6, dadurch gekennzeichnet9 daß in die Ausnehmung (13) der Bodenplatte (1) ein imprägnierter Pappzylinder (12) mit gleichem Durchmesser, wie ihn die Ausnehmung (13) aufweist, gestellt ist.

11. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet9 daß sich zwischen der Bodenplatte (1) und der Deckplatte (2) Führungsstifte für ein exakt zentrisches Aufsetzen der Deckplatte befinden.

12. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenreibung durch Stützelemente (15) zwischen Ber Bodenplatte (1) und der Deckplatte (2) herabgesetzt wird.

L e e r s e i t e