DE3710565A1 - Verfahren zum einpressen von rohren durch elektrische zuendung sowie einrichtung fuer die durchfuehrung des verfahrens - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf das Gebiet des Umformens von Metallen und betrifft insbesondere ein Verfahren zum Einspressen von Rohren durch elektrische Zündung sowie eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens.

Die Erfindung kann im Energie- und chemischen Maschinenbau bei der Produktion von Wärmeaustauschern sowie von anderen Apparaten eingesetzt werden, bei deren Bau Preßverbindungen von Rohren mit Rohrgittern hergestellt werden.

Es ist ein Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung (B. Ya. Mazurovsky "Elektrohydraulisches Impulseinpressen von Rohren in die Rohrgittern der Wärmeaustauscher", Kiev, Verlag "Naukova dumka", 1980, S. 41) bekannt, das auf der Einwirkung eines Impulsdruckers entsteht, der sich in einer mit Flüssigkeit gefüllten elektrischen Zündpatrone befindet. Die elektrischen Zündpatronen werden in die Enden der einzupressenden Rohren eingebaut. Die Zündung findet mit Hilfe eines Stromimpulses statt, der dem Leiter zugeführt wird. Die bei der Zündung des Leiters entstehende Druckwelle erreicht die Rohrinnenwände und verformt sie, wodurch eine dichte und feste Verbindung des Rohres mit dem Rohrgitter hergestellt wird, wobei an der Stelle des gesprengten Leiters ein Entladekanal mit Plasma gebildet wird. Durch dieses Verfahren wird jedoch eine hohe Qualität der hergestellten Verbindungen der Rohre mit den Rohrgittern nicht gewährleistet, und außerdem ist der Energieaufwand beim Einpressen groß. Das ist dadurch bedingt, daß im bekannten Verfahren keine Stromabschaltung nach der Ausbildung des Druckimpulses und dem Einpressen des Rohres vorgesehen ist, was eine Erhöhung des Stromverbrauchs zur Folge hat. Durch eine lange Einwirkung des Plasmas des Entladekanals, der bei der Sprengung des Leiters entstanden ist, können an den Rohrwänden Brandstellen entstehen, wodurch die Qualität der hergestellten Verbindungen beeinträchtigt wird. Das kommt darin zum Ausdruck, daß an Brandstellen Risse und Leckagen enststehen können.

Es ist eine Einrichtung für die Durchführung des bekannten Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung (SU-Urheberscheinschrift Nr. 844103, bekannt, in der eine Gleichspannungsquelle, eine Kondensatorbatterie und ein Entladekreis in Form von einem Entlader, Elektroden und elektrischen Zündpatronen miteinander verbunden sind sowie ein mit den letzteren kinematisch verbundener Mechanismus für die Elektrodenbewegung (der Bewegungsschritt stimmt mit dem Abstand zwischen den elektrischen Zündpatronen überein) vorgesehen ist.

Im Schritteinsteller sind ein Umwandler des Drehwinkels der Motorwelle des Elektrodenbewegungsmechanismus in die Impulszahl sowie ein Satz von Impulszählern mit die Zähldauer vorgebende Schaltungen in Serie geschaltet.

Jedoch ist in dieser Einrichtung die Soll- Betriebsspannung im Augenblick der Sprengung instabil, wodurch die Qualität der Preßverbindungen (bei einer verminderten Spannung) verschlechtert und die Lebensdauer der elektrischen Ausrüstung (bei einer erhöhten Spannung) verkürzt wird.

Der vorliegenden Erfindung kommt ihrem technischen Wesen und dem erzielbaren Ergebnis nach einer bekannten Einrichtung für die Durchführung des bekannten Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung (B. Ya. Mazurovsky "Elektrohydraulisches Impulseinpressen von Rohren in die Rohrgitter der Wärmeaustauscher", Kiev. Verlag "Naukova dumka", 1980, S. 121) besonders nahe, in der eine Gleichspannungsquelle, eine Kondensatorbatterie und ein Entladekreis in Form einer Entladeeinrichtung einer Elektrode und elektrischen Zündpatronen, die in den ins Rohrgitter einzupressenden Rohren untergebracht sind, in Reihe geschaltet sind.

Beim Einpressen von Rohren in die Rohrgitter durch elektrische Zündung wird die Elektrode von Hand der elektrischen Zündpatronen zugeführt, die im Ende des ins Rohrgitter einzupressenden Rohres untergebracht wird. Dann wird die Gleichspannungsquelle eingeschaltet und die Kondensatorbatterie geladen, nach Abschluß der Batterieladung wird der Entladekreis mittels des Entladers umgeschaltet und die Kondensatorbatterie an die elektrische Zündpatrone gelegt, wodurch der Leiter der elektrischen Zündpatrone zur Sprengung gebracht und ein Impulsdruck im Rohr erzeugt wird.

Die Entladung der Kondensatorbatterie hat den Charakter einer Schwingung und der Druckimpuls wird durch die erste Stromhalbwelle ausgebildet.

Jedoch wird in dieser Einrichtung keine gute Qualität der Verbindungen der Rohre mit dem Rohrgitter erzielt, weil in der Einrichtung eine Abschaltung des Stromimpulses nach Beenden der ersten Stromhalbwelle, durch die der Druckimpuls ausgebildet wird, nicht vorgesehen ist, wodurch beim Durchgang der nachfolgenden Stromhalbwellen die Einwirkungszeit des Plasmas des Entladekanals auf die Rohrwände verlängert wird, was Brandspuren zur Folge hat. Außerdem wird infolge einer vollständigen Entladung der Kondensatorbatterie die Zeit vergrößert, die für deren nachfolgendes Laden und die Vorbereitung der nächsten Sprengung erforderlich ist, wodurch die Leistungsfähigkeit der Einrichtung verringert wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung sowie eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zu schaffen, in denen die Stromimpulsdauer durch die Dauer der ersten Stromhalbwelle bestimmt wird, wozu die Kondensatorbatterie nach Erzeugung der ersten Stromhalbwelle unter gleichzeitiger Stabilierung der Soll- Betriebsspannung im Augenblick der Sprengung abgeschaltet wird.

Zum Abschalten des Stromimpulses kann die Druckwelle ausgenutzt werden, die nach Ablauf der "Sprengungszeit" entsteht und von den Wänden des Rohres nach dessen Einpressen reflektiert wird. Um den Strom abzuschalten, soll die Druckwelle die Grenze des Entladekanals erreichen, der in der Patrone an der Stelle des gesprengten Leiters entstanden ist, und das Plasma im Kanal komprimieren, wobei sein Widerstand erhöht und dadurch der Strom im Augenblick des Stromschwankungsnulldurchganges abgeschaltet wird.

Um eine zeitliche Übereinstimmung des Augenblicks des Stromschwankungsnulldurchganges mit dem Augenblick des Erreichens des Entladekanals durch die Druckwelle bei einer Änderung des Rohrdurchmessers zu gewährleisten, soll die Möglichkeit einer Regelung der Stromimpulsdauer in Abhängigkeit vom Rohrdurchmesser bzw. von der für die Sprengung des Leiters vom Augenblick der Stromimpulsgabe erforderlichen Zeit, d. h. von der "Sprengungszeit" des Leiters vorgesehen werden. Zur Sicherstellung eines qualitätsmäßigen Einspressens soll die Kondensatorbatterie im Augenblick des Heranrückens der Elektrode an die elektrische Zündpatrone und der Sprengung bis zur Sollspannung geladen sein.

Die gestellte Aufgabe wird dadurch gelöst, daß in einem Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung mittels einer Sprenung von in den Rohrenden untergebrachten elektrischen Zündpatronen durch einen Stromimpuls erfindungsgemäß die Stromimpulsdauer aus der Verhältnis

ermittelt wird, worin

T - Sprengzeit des Leiters der elektrischen Zündpatrone µs, D - Innendurchmesser des einzupressenden Rohres mm, V - Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle in der Flüssigkeit, m/µs,

sind.

Die Aufgabe wird ebenfalls dadurch gelöst, daß eine Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens, in der eine Gleichspannungsquelle, eine Kondensatorbatterie, ein Entlader mit einer Elektrode und elektrische Zündpatronen in Reihe geschaltet sind, erfindungsgemäß einen an die Kondensatorbatterie angeschlossenen Spannungsgeber und ein an den Geberausgang angeschlossenes Schwellenwertelement enthält, mit dem ein Leistungsverstärker und eine an den Steuereingang des Entladers angeschlossene Zündeinheit für die elektrische Zündpatrone in Reihe geschaltet sind, sowie einen Umschalter mit Auslösern hat, wobei die Signalanschlüsse des Umschalters an die Gleichspannungsquelle und den Entlader angeschlossen sind, und die Kondensatorbatterie in Form von einzelnen Kondensatorsektionen ausgebildet ist, die an dem Umschalter über die Auslöser parallel angeschlossen sind.

Zweckmäßigerweise wird die Einrichtung mit einer Logikeinheit, einem zweiten und einem dritten Umschalter versehen, wobei der zweite Umschalter mit den Signalanschlüssen in den Stromkreis der Gleichspannungsquelle eingeschaltet und mit dem Steuereingang an den ersten Steuerausgang der Logikeinheit angeschlossen ist, deren zweiter Steuerausgang an den Steuereingang des mit den Elektroden kinematisch verbundenen dritten Umschalters angeschlossen ist, der dritte Steuerausgang der Logikeinheit an den Eingang des Leistungsverstärkers und der Ausgang des Schwellenwertelements an den ersten Kontrolleingang der Logikeinheit angeschlossen ist, die mit den Elektroden kinematisch verbunden ist.

Es ist möglich, daß die Logikeinheit der erfindungsgemäßen Einrichtung ein logisches UND-Glied zur Ladessteuerung der Kondensatorbatterie, ein logisches UND-Glied zur Bewegungssteuerung der Elektroden und ein logisches UND-Glied zur Zündsteuerung der elektrischen Zündpatrone enthält, dessen einer Direkteingang, der den zweiten Steuereingang der Logikeinheit darstellt, an den Inverseingang des logischen UND-Glieds zur Ladesteuerung der Kondensatorbatterie und an den Direkteingang des logischen UND-Glieds zur Bewegungssteuerung der Elektroden angeschlossen ist, dessen Inverseingang an den Direkteingang des logischen UND-Glieds zur Ladesteuerung der Kondensatorbatterie angeschlossen ist, der den ersten Kontrolleingang der Logikeinheit darstellt, und die Ausgänge des logischen UND-Glieds zur Ladesteuerung, des logischen UND-Glied zur Bewegungssteuerung der Elektroden und des logischen UND-Glieds zur Zündsteuerung der elektrischen Zündpatrone entsprechend den ersten, den zweiten und den dritten Steuerausgang der Logikeinheit darstellen.

Die Erfindung gestattet es, die Qualität des Einpressens von Rohren zu verbessern, d. h. die Entstehung von Brandspuren zu verhindern, sowie den Stromverbrauch zu verringern.

Außerdem wird die Zeit für die wiederholte Ladung der Kondensatorbatterie verkürzt, wodurch die Leistungsfähigkeit der Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung erhöht wird.

Weiterhin gestattet die Erfindung es, die Betriebsspannung im Augenblick der Sprengung zu stabilisieren, wodurch die Betriebszuverlässigkeit der Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung erhöht wird, sowie den Augenblick des Stromschwankungsnulldurchganges und den Augenblick des Erreichens des Entladekanals durch die Druckwelle in eine genaue Übereinstimmung bezüglich der Zeit zu bringen.

Diese und die weiteren Ziele und Vorteile der Erfindung werden aus der nachstehenden Beschreibung ihrer Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ersichtlich. Es zeigt

Fig. 1 - die Blockschaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung;

Fig. 2 - die elektrische Zündpatrone der erfindungsgemäßen Einrichtung im vergrößerten Maßstab;

Fig. 3 - die Blockschaltung einer erfindungsgemäßen Einrichtung mit einer Logikeinheit;

Fig. 4 - die Blockschaltung eines Schritteinstellers der Elektrodengewegung, gemäß der Erfindung;

Fig. 5 - Oszillogramme des Impulsstromes und der Spannung bei der Sprengung der elektrischen Zündpatrone, gemäß der Erfindung.

Die Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung enthält eine Gleichspannungsquelle 1 (Fig. 1), die an ein Wechselstromnetz angeschlossen ist. An die Gleichspannungsquelle 1 ist mit dem einen Signalanschluß ein Umschalter 2 angeschlossen, dessen anderer Signalanschluß an den Signalanschluß eines Entladers (Spannungsableiters) 3 angeschlossen ist.

Der andere Signalanschluß des Entladers 3 ist an eine Elektrode 4 angeschlossen, die elektrischen Zündpatronen 5 der Reihe nach zugeführt wird, die in den Enden von Rohren 6 untergebracht sind, die zum Einpressen in ein Rohrgitter 7 bestimmt sind.

Der Umschalter 2 hat Auslöser 8, die an die einzelnen Sektionen 9 einer Kondensatorbatterie 10 für die Vorgabe der Dauer der auf die Elektroden 4 zuzuführenden Stromimpulse in Abhängigkeit vom Durchmesser des Rohres 6 angeschlossen sind. An die Anschlüsse der Speisequelle 1 ist ein Spannungsgeber 11 angeschlosen, der mit einem Schwellenwertelement 12 verbunden ist, daß mit einem Leistungsverstärker 13 und einer Zündsteuereinheit 14 für die elektrische Zündpatrone in Reihe geschaltet ist, deren Ausgang an den Steuereingang des Entladers 3 angeschlossen ist. Die Elektroden 4 sind an einem Tragarm 14′ angeordnet, der für die Zuführung des Elektrode 4 an das Ende des Rohres 6 vertikal und horizontal verstellbar ist.

In Fig. 2 ist eine elektrische Zündpatrone 5 dargestellt, die einen Leiter 15 hat, der in eine Flüssigkeit 16 beispielsweise ins Wasser, eingetaucht ist, mit der die elektrische Zündpatrone 5 gefüllt ist.

Fig. 3 ist eine andere Ausführungsvariante der Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung gezeigt. Der Unterschied zu der in Fig. 1 dargestellten Variante besteht darin, daß die Einrichtung einen Bewegungsmechanismus 17 mit einem Motor (in Fig. nicht gezeigt) enthält, der für die horizontale und vertikale Bewegung der Elektroden 4 unter Umgehung der elektrischen Zündpatronen 5 der Reihe nach, die in die Enden der ins Rohrgitter 7 einzupressenden Rohre 6 eingesetzt sind, vorgesehen ist. Dabei sind die Rohre 6 in horizontalen und vertikalen Reihen ins Rohrgitter 7 eingesetzt (in Fig. 3 sind drei horizontale Reihen der Rohren 6 und eine vertikale Reihe gezeigt).

Der Bewegungsmechanismus 17 für die Elektroden 4 ist mit einem Schritteinsteller 18 der fortschreitenden Bewegung der Elektroden 4 kinematisch verbunden, der an den ersten Steuereingang einer Logikeinheit 19 angeschlossen ist, deren zweiter Steuereingang an das Schwellenwertelement 12 angeschlossen ist. Der erste Steuerausgang der Logikeinheit 19 ist an den ersten Steuereingang eines Umschalters 20 angeschlossen, der in den Speisekreis der Gleichspannungsquelle 1 eingeschaltet ist, der zweite Steuerausgang der Logikeinheit 19 ist an den Steuereingang des Umschalters 21 angeschlossen, dessen Signaleingänge in den Speisekreis des Mechanimus 17 für die Herstellung der kinematischen Verbindung des Umschalters 21 mit den Elektroden 4 eingeschaltet sind. Der dritte Steuerausgang der Logikeinheit 19 ist an den Leistungsverstärker 13 angeschlossen. Die Logikeinheit 19 enthält drei logische UND-Glieder, von denen das logische UND-Glied 22 für die Erzeugung eines Steuersignals für die Ladung der Kondensatorbatterie 10, das logische UND-Glied 23 für die Erzeugung eines Steuersignals für die Bewegung der Elektroden 4 und das logische UND-Glied 24 für die Erzeugung eines Steuersignals für die Zündung der elektrischen Zündpatrone 5 vorgesehen ist. Der Direkteingang des logischen UND-Glieds 23 ist an den Inverseingang des logischen UND- Glieds 22 und an den einen Direkteingang des logischen UND-Glieds 24 angeschlossen, der den ersten Kontrolleingang der Logikeinheit 19 darstellt, der für den Empfang eines Signals zur Kontrolle der Stellung der Elektroden 4 bestimmt ist, welches vom Ausgang des Schritteinstellers 18 der fortschreitenden Bewegung der Elektroden 4 ankommt.

Der Direkteingang des logischen UND-Glieds 22 ist an den Inverseingang des logischen UND-Glieds 23 und an den anderen Direkteingang des logischen UND-Glieds 24 angeschlossen und stellt den zweiten Steuereingang der Logikeinheit 19 dar, der für den Empfang eines Signals zur Kontrolle der Spannung der Batterien 10 vorgesehen ist, welches vom Spannungsgeber 11 über das Schwellenwertelement 12 ankommt.

Der Ausgang des logischen UND-Glieds 22 ist der erste Steuerausgang der Logikeinheit 19, der der Zuführung der Steuersignale für die Ladung der Batterie 10 an den Steuereingang des Umschalters 20 dient. Der Ausgang des logischen UND-Glieds 23 ist der zweite Steuerausgang der Logikeinheit 19, der der Zuführung der Steuersignale für die Bewegung der Elektroden 4 an den Steuereingang des Umschalters 21 dient, und der Ausgang des logischen UND-Glieds 24 ist der dritte Steuerausgang der Logikeinheit 19, der der Zuführung der Steuersignale für die Zündung der elektrischen Zündpatrone 5 an den Eingang der Einheit 14 über den Verstärker 13 dient.

Als Entlader 3 kann ein beliebiger steuerbarer Entlader (beispielsweise Ignitron, Trigatron) eingesetzt werden. Als Zündesteuereinheit 14 kann ein Impulstransformator, ein Thyristorverstärker, d. h. ein solches Gerät eingesetzt werden, das nach der Ankunft eines Signals an dessen Eingang an seinem Ausgang einen Impuls mit solchen Parametern erzeugt, durch die die Einschaltung (die Zündung) des Entladers 3 und der elektrischen Zündpatrone 5 zustandegebracht wird. Die Gleichspannungsquelle 1 besteht aus einem Aufwärtstransformator und einem Gleichrichter (in Fig. nicht gezeigt), die in Reihe geschaltet sind.

Der Spannungsgeber 11 (beispielsweise ein Spannungsteiler) und das Schwellenwertelement 12 sind miteinander verbunden und bilden einen Kreis zur Spannungskontrolle der Kondensatorbatterie 10.

In der erfindungsgemäßen Einrichtung enthält der Schritteinsteller 18 (Fig. 4) für die Bewegung der Elektroden 4 einen Umwandler 25 des Drehwinkels der Motorwelle (in Fig. 3, 4 nicht gezeigt) in die Impulszahl, der an den Zähleingang eines Impulszählers 26 angeschlossen ist, dessen Informationsausgänge an die Eingänge von Dekadendechiffratoren 27₁-27 _n angeschlossen sind, wobei n - eine Dekadenanzahl ist, die mit der Anzahl der Dezimalstellen des Zählers 26 übereinstimmt. Einer der Ausgänge der Dechiffratoren 27₁-27 _n kann mittels Steuerorgange 28₁-28 _n an die Eingänge einer Koinzidenzschaltung 29 angeschlossen werden, deren Ausgang, der an den Eingang zur Nullpunkteinstellung des Zählers 26 angeschlossen ist, den Ausgang des Einstellers 18 darstellt und der Eingang des Umwandlers 25 als Eingang des Einstellers 18 dient.

In Fig. 5 sind die Kurven der an den Leiter 15 (Fig. 2) der elektrischen Zündpatrone (5) angelegten Spannung U und des durch den Leiter 15 (Fig. 2) fließenden Stromes I (Fig. 5) dargestellt. Die Sprengzeit T (Fig. 5) entspricht dem Intervall zwischen dem Anfang (Punkt 0) des Stromimpulses und der Spannungsspitze, die mit Punkt A bezeichnet ist. Die zweite Spannungsspitze auf dem Abschnitt AB wird durch das Komprimieren des Entladekanals unter der Einwirkung der reflektieren Druckwelle hervorgerufen.

Dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung wurde das experimentell ermittelte Verhältnis

zugrundegelegt, worin

τ - Stromimpulsdauer, µm T - Sprengzeit des Leiters 15 des elektrischen Zündpatrone 5, µs, D - Innendurchmesser des Rohres 6, m, V - Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle in der Flüssigkeit, m/µs,

sind.

Um die Bedingung für eine Abschaltung des Stromes nach dem Durchgang seiner ersten Halbwelle aufgrund der reflektierten Druckwelle zu erfüllen, wird die erforderliche Stromimpulsdauer bei einem bekannten Innendurchmesser D des Rohres 6 nach dem Verhältnis (1) ermittelt, wobei die Sprengzeit T des Leiters 15 nach dem Verhältnis

bestimmt wird, worin

k- ein konstanter Faktor, der von den Werkstoffeigenschaften des Leiters 15 abhängig,S- Querschnittsfläche des Leiters 15,U′- Spannung der Kondensatorbatterie 10, die an den Leiter 15 angelegt und durch den Spannungsgeber 11 erfaßt wird, L- Induktivität des Kreises, der die Batterie 10, den Umschalter 2, den Entlader 3 und die Elektrode 4 einschließt,

sind.

Der k-Faktor wird aus dem Verhältnis

k = 0,2π h ^1/3 d ^4/3

ermittelt, worin

d - Durchmesser des Leiters
h - Stoffkonstante des Leiters

sind.

Die Stoffkonstante des Leiters (h) wird aus dem Verhältnis

h = ρτ(λ + λ₁)

ermittelt, worin

ρ- Dichte des Leiterwerkstoffesσ- spezifische Leitfähigkeitλ- spezifische Schmelzwärme des Leiterwerkstoffesλ₁- spezifische Verdampfungswärme des Leiterwerkstoffes

sind.

Wenn der Faktor k unbekannt ist, wird die Sprengzeit T durch eine Testsprengung mit Hilfe eines Oszillogramms (siehe Fig. 5) bestimmt, wobei, wie vorstehend erwähnt, die Sprengzeit T einem Intervall zwischen dem Anfang (Punkt O) des Impulses des Stromes T und der Spannungsspitze (Punkt a) entspricht.

Bei einer Stromimpulsdauer τ, die in einem nach dem Verhältnis (1) ermittelten Bereich liegt, kommt die von der Innenwand des Rohres 6 (Fig. 1) reflektierte Druckwelle an die Mittellinie des Rohres 6, wo sich der Entladekanal befindet, und zwar im Augenblick des Stromnulldurchganges (Fig. 5), d. h. im Augenblick, wenn die in den Entladekanal eingeführte Energie gleich 0 (wenn T genau beträgt bzw. sehr klein ist. Dann wird nach der bekannten Abhängigkeit

die erforderliche Kapazität C der Kondensatorbatterie 10 (Fig. 1) ermittelt und über die Auslöser 8 wird die erforderliche Anzahl der Sektionen 9 an die Signalanschlüsse des Umschalters 2 angeschlossen. Dann wird am Schwellenwertelement 12 die Soll-Ansprechspannung U₁ eingestellt und die Einrichtung ans Netz angeschlossen. Dabei beginnt die Ladung der Kondensatorbatterie 10. Beim Erreichen der Sollspannung U₁ spricht das Schwellenwertelement 12 an und über den Leistungsverstärker 13 wird die Zündsteuereinheit 14 gestartet, die den Entlader 3 einschaltet, wodurch der Entladekreis wird über die Elektrode 4 geschlossen und die elektrische Zündpatrone 5 zur Sprengung gebracht wird. Unter der Einwirkung der direkten Druckwelle wird das Rohr 6 in das Rohrgitter 7 eingepreßt und die reflektierte Druckwelle erreicht die Wände des Entladekanals im Augenblick, wenn der Strom I (Fig. 5) nahe 0 ist, und zerstört den Kanal. Die dargestellte Situation führt dazu, daß erstens die Entstehung von Brandspuren an den Wänden des Rohres 6 (Fig. 1) verhindert wird, wodurch die Qualität der Preßverbindungen verbessert wird, und zweitens die Batterie 10 eine Restspannng U₂ (Fig. 5) behält, die für die Erzeugung nachfolgender Stromimpulse benutzt werden kann, wodurch die Ladezeit verkürzt und die Leistung der Einrichtung erhöht wird. Um die nächste elektrische Zündpatrone 5 (Fig. 1) zu zünden, wird die Elektrode 4 an die in der Reihe nächstliegende elektrische Zündpatrone 5 von Hand zugeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung mittels der Einrichtung gemäß der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsvariante wird folgenderweise durchgeführt.

Von dem Anschluß der Einrichtung ans Netz werden die erforderlichen Berechnungen nach den Verhältnissen (1), (2), (3) durchgeführt und die Soll-Ansprechspannung U₁ eingestellt sowie die erforderliche Anzahl der Sektionen 9 (Fig. 3) an den Umschalter 2 angeschlossen.

Durch die Bedienungsperson wird das Schwellenwertelement 12 auf die Soll-Ansprechspannung U₁ eingestellt und mit Hilfe der Steuerorgane 28₁-28 _n (Fig. 4) werden die Eingänge der Koinzidenzschaltung 29 an die Stellenausgänge der Dekadechiffratoren 27₁-27 _n derart angeschlossen, daß die geschaltete Anzahl mit der Anzahl der Impulse übereinstimmt, die durch den Umwandler 25 bei der Bewegung der Elektroden 4 (Fig. 3) auf einen der Teilung des Rohrgitters 7 entsprechenden Abstand erzeugt werden. Wenn beispielsweise der Umwandler 25 (Fig. 4) bei der Bewegung der Elektroden 4 um eine Teilung hundertsiebenundzwanzig Impulse erzeugt, werden der erste, der zweite und der dritte Eingang der Koinzidenzschaltung 29 an den Ausgang des Dechiffrators 27₁ mit dem Kode "sieben", an den Ausgang des Dechiffrators 27₂ mit dem Kode "zwei", an den Ausgang des Dechiffrators 27₃ mit dem Kode "eins" und die restlichen Eingänge der Koinzidenzschaltung 29 an die Ausgänge der Kode "Null" angeschlossen.

Nach dem Einschalten der Anlage werden die Elektroden 4 (Fig. 3) den Leitern 15 (Fig. 2) der in der Reihe ersten elektrischen Zündpatronen 5 (Fig. 3) durch die Bedienungsperson zugeführt und der Zähler 26 (Fig. 4) wird auf "0" eingestellt, wobei, wenn die Spannung der Batterie 10 (Fig. 3) in diesem Augenblick den Sollwert U₁ erreicht und das Schwellenwertelement 12 angesprochen hat, das logische UND-Glied 24 anspricht und über den Leistungsverstärker 13 und die Zündsteuereinheit 14 ein Signal zum Einschalten des Entladers 3 gegeben und die elektrischen Zündpatronen 5 zur Sprengung gebracht werden, und die Elektroden 4 werden ihre Bewegung zur nächstfolgenden elektrischen Zündpatrone 5 in der entsprechenden Reihe fortsetzen.

Wenn die Spannung der Batterie 10 in diesem Augenblick unter dem Sollwert liegt und das Schwellenwertelement 12 nicht angesprochen hat, spricht das logische UND- Glied 23 und der Umschalter 21 an, der den Motor des Bewegungsmechanismus 17 ausschaltet, und die Elektroden 4 bleiben stehen. Nach Erreichen der Sollspannung U₁ spricht das Schwellenwertelement 12 an, wobei erstens das logische UND-Glied 24 anspricht, das über den Leistungsverstärker 13 und die Zündsteuereinheit 14 den Entlader 3 einschaltet, wodurch die Patrone 5 zur Sprengung gebracht wird, und zweitens das Signal am Ausgang des logischen UND-Glieds 23 verschwindet, wodurch der zweite Umschalter 21 ausgeschaltet wird. Dabei wird der Motor des Bewegungsmechanismus 17 eingeschaltet und die Elektroden 4 setzen ihre Bewegung an die in der Reihe nächstliegende elektrische Zündpatrone 5 fort. In der Schaltung sind zwei Betriebsvarianten vorgesehen.

1. Die Ladezeit der Batterie 10 ist geringer als die Bewegungszeit der Elektroden 4 von der einen elektrischen Zündpatrone 5 zur anderen Patrone 5 in der Reihe. Dann wird beim Erreichen der Sollspannung U₁ das Schwellenwertelement 12 (Fig. 3) und das logisch UND-Glied 22 ansprechen, die den Ladekreis über den Umschalter 20 abschaltet. Im Augenblick des Heranrückens der Elektroden 4 an die elektrischen Zündpatronen 5 wird durch den Schritteinsteller 18 ein Signal zur Bewegungskontrolle auf den ersten Kontrolleingang der Logikeinheit 19 gegeben, wobei das logischen UND-Glied 24 anspricht, wodurch, wie oben erwähnt, die elektrische Zündpatrone 5 zur Sprengung gebracht wird, die Batterie 10 sich entlädt, das Signal des Schwellenwertelements 12 am zweiten Steuereingang der Logikeinheit 19 und am Ausgang des logischen UND-Glieds 22 verschwindet, durch den zweiten Umschalter 20 der Speisekreis der Quelle 1 eingeschaltet und ein neuer Zyklus gestartet wird.

2. Die Ladezeit der Batterie 10 ist größer als die Bewegungszeit der Elektroden 4 von der einen elektrischen Zündpatrone 5 zur anderen. Dann wird im Augenblick des Heranrückens der Elektroden 4 an die nächste Patrone 5 beim Auftreten eines Signals am Ausgang des Schritteinstellers 18 kein Signal am Ausgang des Schwellenwertelements 12 vorliegen, wobei das logische UND-Glied 23 ansprechen und an seinem Ausgang ein Signal auftreten wird, das den Motor des Bewegungsmechanismus 17 über den Umschalter 21 ausschaltet. Die Elektroden 4 bleiben stehen und die Ladung der Batterie 10 wird fortgesetzt. Beim Erreichen der Sollspannung U₁ spricht das Schwellenwertelement 12 an, am zweiten Kontrolleingang der Logikeinheit 19 tritt ein Signal auf, und erstens spricht das logische UND-Glied 24 an, am dritten Steuereingang kommt ein Signal zur Sprengsteuerung auf und die elektrischen Zündpatronen 5 werden zur Sprenung gebracht. Zweitens verschwindet das Signal an dem an den Umschalter 21 angeschlossenen zweiten Steuerausgang der Logikeinheit 19 und die Elektroden 4 setzen ihre Bewegung zur nächsten elektrischen Zündpatrone 5 in jeder Reihe fort.

Bei der Gleichheit der Ladezeit der Batterien 10 und der Bewegungszeit der Elektroden 4 treten die Signale an den Steuereingängen der Logikeinheit 19 gleichzeitig auf, das logische UND-Glied 24 spricht an, am Eingang des Verstärkers 13 tritt ein Signal auf, und der Entlader 3 wird eingeschaltet.

Der Einsatz des an den Ausgang des Spannungsgebers 11 angeschlossenen Schwellenwertelements 12 in dieser Schaltung gestattet es, den Augenblick zu bestimmen, in dem die Spannung den Sollwert U₁ erreicht hat.

Der Einsatz der Logikeinheit 19, in der der erste Steuerausgang an den Umschalter 20, der zweite an den Umschalter 21 und der dritte über den Leistungsverstärker 13 und die Zündsteuereinheit 14 an den Entlader 3 angeschlossen sind, gestattet es, erstens den Ladekreis abzuschalten, wenn die Batterie 10 schon geladen ist, die Elektrode 4 aber die elektrische Zündpatrone 5 noch nicht erreicht hat, und zweitens die Bewegung der Elektrode 4 abzuschalten, wenn die Elektrode 4 die elektrische Zündpatrone 5 schon erreicht hat, die Batterie 10 jedoch noch nicht geladen ist. Außerdem funktioniert der Bewegungsmechanismus 17 in der in 3 dargestellten Einrichtung automatisch, während bei der ersten, in Fig. 1 dargestellten Ausführungsvariante die Mitwirkung einer Bedienungsperson erforderlich ist.

Mit der in Fig. 3 dargestellten Einrichtung können die Rohre 6 in die Rohrgitter 7 mit verschiedener Teilung automatisch eingepreßt und die Soll- Betriebsspannung im Augenblick der Sprengung der elektrischen Zündpatrone 5 sichergestellt werden.

Beispiel 1

Mit Hilfe der Einrichtung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens (Spannung U₁ der Batterie 10-50 kV, Kapazität C der Batterie 10-32 µF, Induktivität L-18 µH) wurde ein Rohr 6 mit einem Innendurchmesser D von 13 mm eingepreßt. Die Querschnittsfläche S des zu sprengenden Aluminiumleiters 15-1, 1 mm². Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit V der Druckwelle in der Flüssigkeit - 1430 m/s. Es ergibt sich

D/V = 9 µs.

Die Sprengzeit T (Fig. 5) wurde durch eine Testsprengung nach einem Oszillogramm bestimmt und betrug T = 20 µs. Die Impulsdauer wird in einem Bereich von τ = 0,8-1,2 (T-D/V) = 0,8-1,2 (20-9) = 23,2-34,8 µs gewählt.

Die Batterie 10 hat acht Sektionen 9. Die Kapazität C′ jeder Sektion 9 beträgt 4,0 µF, was eine Stromimpulsdauer

ergibt. Dadurch wird die Forderung nach der Vermeidung von Brandspuren an den Wänden erfüllt. Um die Entstehung von Brandspuren am Rohr 6 zu verhindern, soll somit nur eine Sektion 9 angeschlossen werden. Wenn die Impulsdauer τ außerhalb des Bereichs von τ = 0,8-1,2 (T÷D/V) liegt, wird der Strom nicht unterbrochen und der Entladekanal nicht zerstört und folglich das Verhältnis (1) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einspressen von Rohren durch elektrische Zündung nicht eingehalten.

Der Vorgang wurde oszillographisch kontrolliert. Auf dem Oszillogramm (Fig. 5) sind die Kurven der Spannung und des Stromes mit U und I entsprechend bezeichnet. Der Abschnitt CA entspricht dem Augenblick der Sprengung des Leiters 15. Der Abschnitt AB entspricht dem Augenblick, in dem die Druckwelle die Grenzen des Entladekanals (sichtbar als Spannungsspitze, die durch die Widerstandszunahme des Kanals bedingt ist) erreicht hat.

U₂ ist die Restspannung der Batterie 10 nach der Stromunterbrechung.

Dadurch, daß der Stromimpuls in dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung eine Dauer hat, die der Summe der Sprengzeit T des Leiters und des Quotienten aus der Division des Durchmessers D des eingepreßten Rohres durch die Fortpflanzungsgeschwindigkeit V der Druckwelle in der Flüssigkeit nahe ist, werden Voraussetzungen geschaffen, unter denen die reflektierte Druckwelle die Grenzen des Entladekanals im Augenblick erreicht, wenn der Strom nahe Null ist, wodurch die erforderlichen Bedingungen für die Implosion des Entladekanals und die Stromunterbrechung im Speisekreis gewährleistet werden. Das gestattet es, die Kondensatorbatterie 10 nach der Ausbildung der ersten Stromhalbwelle abzuschalten und die Einwirkungszeit des Kanalplasmas auf die Rohrwände zu verkürzen, wodurch die Brandstellen verkleinert werden und die Qualität der hergestellten Verbindungen verbessert wird. Durch die Regelung der Dauer des Stromimpulses aufgrund der Auswahl der Kapazität nach der Abhängigkeit C = τ²/f²L wird die Änderung der Stromimpulsdauer τ in einem breiten Bereich ohne Neuabstimmung des Entladekreises der Anlage ermöglicht. Dadurch, daß in der Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens der zwischen der Quelle 1 und dem Entlader 3 geschaltete Umschalter 2 mit den an die Sektionen 9 der Batterie 10 angeschlossenen Auslösern 8 vorgesehen ist, wird die Auswahl der erforderlichen Kapazität der Batterie 10 ohne Neuabstimmung des Entladekreises ermöglicht.

Ein weiterer Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß die Druckwelle bei der Annäherung an den Entladekanal den Kanal komprimiert, wodurch sein Widerstand (siehe Abschnitt AB in Fig. 2) vergrößert wird, wobei die Entladung der Batterie 10 verzögert und der Energieverbrauch reduziert wird.

Beispiel 2

Ein Rohr 6 mit einem Innendurchmesser D von 13 mm wurde eingepreßt.

Die Kapazität C der Kondensatorbatterie 10 beträgt 32 µF (die Kapazität ist nicht regelbar).

Die Induktivität L-18 µH.

Die Querschnittsfläche S des Aluminiumleiters 15- 1,1 mm².

Die Druckwellengeschwindigkeit V in der Flüssigkeit - 1430 m/s.

• 1. Es wird D/V = 9 µs bestimmt.
• 2. Durch die Einsetzung der Verhältnisse (2) und (3) wird das Verhältnis (1) zu umgewandelt. Für U₁ ergibt sich

Somit ist U₁ die an die Batterie 10 angelegte Sollspannung, durch die das Verhältnis (1) bei der vorgegebenen Kapazität C der Batterie 10 32 µF eingehalten wird.

• 3. Der Wert des k-Faktors für den Aluminiumleiter wird ermittelt: k = 0,2 · π h ^1/3 d ^4/3worin h = 0,92 · 10¹⁸ J/(s · m⁴)
• d = 1,2 mm sind.
• 4. Für U₁ ergibt sich

Bei diesem Wert wird das Verhältnis (1) nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eingehalten, d. h., die Impulsdauer τ des Stromes ist so, daß dieser nach dem Durchgang der ersten Stromhalbwelle abgeschaltet wird und folglich die Brandspuren an den Wänden des Rohres 6 ausgeschlossen werden, wodurch die Qualität der Preßverbindungen der Rohre mit dem Rohrgitter verbessert wird.

Claims (4)

1. Verfahren zum Einpressen von Rohren durch elektrische Zündung mittels einer Sprengung von elektrischen Zündpatronen (5), die in den Enden der Rohre (6) untergebracht sind, durch einen Stromimpuls, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Zündpatronen (5) durch einen Stromimpuls gesprengt werden, dessen Dauer (τ) aus dem Verhältnis ermittelt wird, worinT- Sprengzeit des Leiters (15) des elektrischen Zündpatrone (5), µs,D- Innendurchmesser des einzupressenden Rohres (6), m,V- Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckwelle in der Flüssigkeit, m/µs,sind.

2. Einrichtung für die Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, in der eine Gleichspannungsquelle (1), eine Kondensatorbatterie (10), ein Entlader (3) mit einer Elektrode (4) und elektrische Zündpatronen (5) miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß sie

• - einen Spannungsgeber (11) einschließt, der an die Kondensatorbatterie (10) angeschlossen ist,
• - ein Schwellenwertelement (12), einen Leistungsverstärker (13) und eine Zündeinheit (14) enthält, die mit dem Eingang und dem Ausgang entsprechend an den Ausgang des Gebers (11) und an den Steuereingang des Entladers (3) angeschlossen ist.
• - einen Umschalter (2) mit Auslösern (8) hat, durch den die Stromimpulsdauer voreingestellt wird, wobei
• - die Signalanschlüsse des Umschalters (2) an die Gleichspannungsquelle (1) und an den Entlader (3) angeschlossen sind und
• - die Kondensatorbatterie (10) in Form von einzelnen Kondensatorsektionen (9) ausgebildet ist, die mit dem Umschalter (2) über die Auslöser (8) parallel geschaltet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß

• - sie eine Logikeinheit (19) und zwei Umschalter (20, 21) einschließt,
• - der Umschalter (20) mit den Signalanschlüssen in den Speisekreis der Gleichspannungsquelle (1) angeschaltet und mit dem Steuereingang an den ersten Steuerausgang der Logikeinheit (19) angeschlossen ist, deren zweiter Steuerausgang an den Steuereingang des Umschalters (21) angeschlossen ist, der mit dem Elektroden (4) kinematisch verbunden ist,
• - der dritte Steuerausgang der Logikeinheit (19) an den Eingang des Leistungsverstärkers (13)
• - und der Ausgang des Schwellenwertelements (12) an den ersten Steuereingang der Logikeinheit (19) angeschlossen ist, die mit den Elektroden (4) kinematisch verbunden ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Logikeinheit (19) ein logisches UND-Glied (22) zur Ladesteuerung der Kondensatorbatterie (10),
• - ein logisches UND-Glied (23) zur Bewegungssteuerung der Elektroden (4),
• - ein logisches UND-Glied (24) zur Zündsteuerung der elektrisches Zündpatronen (5) einschließt,
• - der eine Direkteingang des logischen UND-Glieds (24), der als der zweite Steuereingang der Logikeinheit (19) dient, an den Inverseingang des logischen UND-Glieds (22) zur Ladesteuerung der Kondensatorbatterie (10) und an den Direkteingang des logischen UND-Glieds (23) zur Bewegungssteuerung der Elektroden (4) angeschlossen ist,
• - der Inverseingang des logischen UND-Glieds (23) an den Direkteingang des logisches UND-Glieds (22) zur Ladesteuerung des Kondensatorbatterie (10) angeschlossen ist, der als der erste Steuereingang der Logikeinheit (19) dient und an den zweiten Eingang des logischen UND-Gliedes angeschlossen ist, und
• - die Ausgänge des logischen UND-Glieds (23) zur Bewegungssteuerung der Elektroden (4) und des logischen UND-Glieds (24) zur Sprengsteuerung der elektrischen Zündpatrone (5) entsprechend den ersten, den zweiten und den dritten Steuerausgang der Logikeinheit (19) darstellen.