KR20090037936A - 폭발 성형 방법 및 장치 - Google Patents

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KR20090037936A
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KR1020097002671A
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알렉산더 차크
안드레아스 슈트란츠
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코스마 엔지니어링 유럽 아게
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Abstract

하나 이상의 공작물(2)이 하나 이상의 공구에 배치되어, 점화될 폭발제(7)에 의해서 상기 공구에서 성형되는, 공작물(18)을 폭발 성형하기 위한 방법 및 장치는 본 발명에 의해, 준비 시간이 가능한 짧으면서 기술적으로 다루기 간편한 점화 메카니즘이 형성되고, 상기 점화 메카니즘에 의해 폭발제가 시간적 반복 정밀도를 가지며 가능한 한 정확하게 점화되도록 개선되어야 한다. 이러한 목적은 하나 이상의 공작물이 하나 이상의 공구 내에 배치되어, 점화될 폭발제에 의해 상기 공구에서 성형되는 방법 및 장치에 의해서 달성되며, 이 경우 폭발제는 하나 이상의 에너지 빔(12)에 의해서 점화된다.
에너지 빔, 가이드 장치, 투과성 매체, 반사경 요소, 에너지 빔 발생기

Description

폭발 성형 방법 및 장치 {METHOD AND DEVICE FOR EXPLOSION FORMING}
본 발명은 청구 범위 제1항 및 제11항의 전제부의 특징을 갖는 폭발 성형 방법 및 장치에 관한 것이다.
폭발 성형 시, 공작물은 공구 내에 배치되어, 가스 혼합물과 같은 폭발성 물질이 점화됨으로써 성형된다. 일반적으로, 폭발성 물질이 공구 내에 유입되어 여기서도 점화된다. 이 경우 두 가지 문제점이 제기된다. 한편으로, 공구 또는 점화 메카니즘은 목표한 대로 폭발을 일으키고, 폭발 시 발생한 높은 부하를 견뎌내기에 적합해야 하며, 다른 한편으로는 반복 가능한 양호한 성형 결과가 가능한 한 짧은 준비 시간 내에 실현되어야 한다.
캔과 같은 중공체를 변형하기 위한, 유럽 공개 공보 EP 0 830 907호에 공지된 방법의 경우, 중공체는 공구 내에 삽입되며 중공체의 상부 개구는 스토퍼로 폐쇄된다. 스토퍼 내의 라인을 통해 폭발성 가스가 중공 챔버로 유입된 다음, 스토퍼내에 배치된 점화 플러그에 의해 점화된다.
미국 공개 공보 US 3 342 048호에 설명된 방법의 경우, 변형될 공작물은 마찬가지로 공구 내에 배치되어 폭발성 가스 혼합물로 채워진다. 여기서 점화는 뇌산수은에 의해서, 열선 또는 글로우 와이어에서 실행된다. 두 가지 방법 모두 특 히 개별 부품 제조에 적합하며, 실제로 대량 생산을 위해서는 실행될 수 없다.
본 발명의 목적은, 준비 시간이 짧으면서 기술적으로 다루기 간편한 점화 메카니즘이 형성되고, 상기 점화 메카니즘에 의해 폭발성 물질이 시간적 반복 정밀도를 가지며 가능한 한 정확하게 점화되도록, 서두에 언급한 유형의 방법과 장치를 개선하는 것이다.
상기 목적은 본 발명에 따라, 청구 범위 제1항의 특징을 갖는 방법에 의해서 달성된다.
에너지 빔을 이용한 점화에 의해, 공구 내에서의 폭발은 양호하게 제어될 수 있다. 에너지 빔은 폭발이 시작되어야 하는 점화 지점에 비교적 정확하게 포지셔닝될 수 있다. 에너지 빔을 통해서 폭발제에 제공된 에너지량도 양호하게 조정될 수 있다. 또한 에너지 빔 및 폭발도 시간적으로 비교적 정확하게 제어될 수 있다. 상술한 인자들에 의해, 공구 내에서의 폭발 및 폭발 거동이 양호하게 제어될 수 있다. 따라서 성형 결과의 예측 가능성 및 반복 정밀도가 향상된다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 에너지 빔은 레이저에 의해서 발생할 수 있다. 레이저 빔은 시간적, 그리고 위치적 정확도와 관련해서 양호하게 제어될 수 있다.
바람직하게, 에너지 빔은 가이드 장치에 의해서 에너지 원으로부터 하나 이상의 점화 지점으로 안내될 수 있다. 따라서 에너지 빔은 경우에 따라 에너지 빔 발생기의 위치가 고정됨에도, 신속하게 그리고 기술적으로 간단하게 공간 내의 소정의 지점으로 안내될 수 있다.
본 발명의 한 변형예에서, 에너지 빔은 반사경 장치에 의해서 에너지 원으로부터 하나 이상의 점화 지점으로 안내될 수 있다. 반사경 장치는 특히 레이저 빔 형태의 에너지 빔에 적합하며, 앞서 언급한 가이드 장치의 장점을 제공한다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에서, 장치의 복수의 지점들에서 폭발제가 동시에 점화될 수 있다. 따라서 공구 내에는 복수의 폭발 파면이 발생할 수 있다. 폭발제가 공구 내의 어느 지점에 위치하고 어느 지점에서 점화되는지에 따라, 폭발 파면의 거동이 성형 프로세스의 요건에 맞게 조정될 수 있다. 또는 이러한 방법의 경우, 대안적으로 예컨대 폭발제가 장치의 복수의 공구들에서 동시에 점화될 수도 있다. 따라서 상이한 복수의 공작물이 거의 동시에 성형될 수 있다. 이는 사이클 시간을 단축시킨다.
바람직하게, 폭발제는 장치의 복수의 지점들에서 시간 지연 방식으로 점화될 수 있다. 장치의 하나의 개별 공구에서 시간 지연된 점화가 실행되면, 이로써 하나의 공구 내에서 복수의 폭발 파면이 발생할 수 있다. 이러한 시간 지연은 공구 내에서 개별 폭발 파면의 시간에 따른 거동이 조정될 수 있게 한다. 장치의 상이한 공구들에서 시간 지연된 점화가 실행되면, 에너지 빔은 예컨대 장치의 모든 공구들을 연속적으로 점화할 수 있다. 이는 동시에 진행되는 성형 프로세스들이 시간적으로 중첩될 때, 사이클 시간을 단축시키는 데 도움이 된다.
원칙적으로, 장치의 하나의 공구 및/또는 복수의 공구들에서 동시 점화와 시간 지연된 점화의 임의의 조합이 가능하다. 따라서 상기 방법은 상이한 생산 요건들에 맞게 양호하게 조정될 수 있다. 공구의 하나의 지점 또는 복수의 지점에서의 시간적으로 가변적인 점화에 의한 폭발 파면의 확산을 제어함으로써 성형 결과에 영향을 미칠 수 있다는 기본 개념은, 에너지 빔을 사용하든 사용하지 않든 간에, 점화의 유형과 무관하게 구현될 수도 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 1개의 공구 내에서 복수의 폭발 파면이 발생할 수 있다. 따라서 폭발 파면의 거동이 시간적으로 제어됨으로써, 양호한 성형 결과를 얻을 수 있다.
바람직하게, 장치의 복수의 공구 내에서 적어도 각각 하나의 폭발 파면이 발생할 수 있다. 따라서 에너지 빔을 이용하는 점화 장치의 효과가 상승할 수 있다.
본 발명의 한 변형예에서, 에너지 빔은 공구의 점화 튜브 내로 유도될 수 있다. 따라서 공구의 하나의 부품, 즉 점화 튜브는 점화 과정과 폭발 과정의 특수한 요구 조건에 맞게 조정될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에서, 에너지 빔은 투과성 매체를 통해서 폭발 챔버에 이를 수 있다. 이는 기술적으로 양호하게 구현될 수 있으며, 에너지 빔이 폭발제에 양호하게 입사되도록 한다. 에너지 빔 발생기는 공구의 외부에 위치할 수 있으므로, 공구 내부에서의 폭발의 직접적인 영향에 대해 전반적으로 보호된다.
또한 상기 목적은 본 발명에 따라 청구 범위 제11항의 특징에 의해서 달성된다.
에너지 빔은 폭발제의 양호한 점화를 보장한다. 에너지 빔은 기술적으로 양호하게 발생할 수 있으며, 이탈 상황을 신속하게 극복할 수 있다. 따라서 폭발제는 시간적으로 양호한 정확도로써 점화될 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 에너지 빔 발생기는 레이저를 포함할 수 있다. 레이저는 에너지 빔이 기술적으로 간단하게 발생할 수 있는 가능성을 제공한다. 레이저는, 양호하게 집속됨으로써 양호하게 포지셔닝될 수 있고 에너지량이 조정될 수 있는 에너지 빔 또는 레이저 빔을 제공한다.
바람직하게, 공구는 에너지 빔을 투과시킬 수 있는 하나 이상의 도입 지점을 포함할 수 있다. 따라서 에너지 빔은 공구 내로 투과되어 그 안에 있는 폭발제를 점화할 수 있다. 에너지 빔 발생기는 공구의 외부에 배치될 수 있으므로 폭발의 직접적 영향에 대해서 전반적으로 보호된다.
본 발명의 한 변형예에서, 도입 지점은 하나 이상의 투과성 매체를 포함할 수 있다. 상기 매체는 특히 레이저 빔에 적합하다. 이는 에너지 손실이 비교적 적은 경우, 에너지 빔이 양호하게 투과될 수 있게 한다.
바람직하게, 투과성 매체는 유리 삽입물을 포함할 수 있다. 유리는 앞서 언급한 장점을 가지면서, 발생된 폭발력에 대해 충분한 저항성을 갖는, 가공이 용이한 바람직한 재료이다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 투과성 매체는 대략 5 내지 15mm의 범위, 바람직하게는 7 내지 12mm의 범위, 특히 9 내지 11mm의 범위 내에 있는 두께를 가질 수 있다. 상기 두께는 실제로 바람직한 것으로 입증되었으며, 폭발로 인한 요구 조건을 견뎌내기에 충분한 안정성을 보장한다.
본 발명의 한 바람직한 실시예에서, 투과성 매체는 대략 5 내지 15mm, 바람직하게는 7 내지 12mm, 특히 9 내지 11mm의 외부 직경을 가질 수 있다. 이러한 외부 직경에 의해, 매체의 안정성이 향상되는 동시에 에너지 빔의 충분히 양호하고 신속한 포지셔닝이 가능해진다.
바람직하게, 투과성 매체는 렌즈 형태로 볼록하게 형성될 수 있다. 따라서 에너지 빔은 양호하게 집속될 수 있다.
본 발명의 한 변형예에서, 투과성 매체는 거의 사각형의 횡단면을 가질 수 있다. 이는 양호한 안정성 및 양호한 투과 특성을 보장한다.
바람직하게, 투과성 매체는 팔각형의 횡단면을 가질 수 있다. 팔각형의 형상에 따라 에너지 빔이 번들링될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에서, 투과성 매체는 구리를 함유한 홀더를 포함할 수 있다. 구리 합금, 특히 구리-베릴륨-합금은 상기 적용예를 위해서 충분히 양호한 안정성과 밀봉 특성을 제공한다.
바람직하게, 주변에 대해서 폭발 챔버를 밀봉하는 밀봉부를 갖는 투과성 매체가 공구에 배치될 수 있다. 따라서 폭발 및 폭발 제품에 대해서 주변이 보호된다.
본 발명의 한 변형예에서, 공구는 복수의 도입 지점을 포함할 수 있다. 따라서 폭발제는 공구의 복수의 지점에서 동시에 그리고/또는 시간 지연 방식으로 점화될 수 있다. 따라서 공구 내에서 복수의 폭발 파면이 발생할 수 있다.
본 발명의 한 바람직한 실시예의 경우, 복수의 공구에 적어도 각각 하나의 도입 지점이 제공될 수 있다. 따라서 장치의 복수의, 경우에 따라 상이한 공구가 동시에 점화되거나 시간 지연 방식으로 점화될 수 있다. 이 경우 동시에 실행되는 성형 프로세스들이 시간적으로 중첩되면, 장치의 효율이 높아질 수 있다.
바람직하게, 하나 이상의 점화 지점에 에너지 빔을 안내할 수 있는 하나 이상의 가이드 장치가 에너지 빔 발생기의 빔 경로에 제공될 수 있다. 따라서 에너지 빔은 기술적으로 간단하고 신속하게, 그리고 양호하게 포지셔닝될 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 실시예에서, 가이드 장치는 반사경 장치일 수 있다. 반사경 장치는 특히 레이저 빔에 적합하며 앞서 언급한 가이드 장치의 장점들을 제공한다.
본 발명의 특히 바람직한 한 실시예에서, 가이드 장치는 에너지 빔을 부분적으로 투과시키는 하나 이상의 반사경 요소를 포함할 수 있다. 따라서 에너지 빔은 기술적으로 간단하게 복수의 빔으로 분할될 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 장치의 실시예가 하기의 도면에 의해서 설명된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 폭발 성형 장치의 도면이다.
도 2는 II-II 선상에서 절단한, 도 1의 장치의 공구의 단면도이다.
도 3a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치의 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치의 도면이다.
도 1에는 본 발명의 제1 실시예에 따른 폭발 성형 장치가 도시된다. 장치(1) 는 공구(2)와 에너지 빔 발생기(3)를 포함한다.
본 발명의 상기 실시예에서, 공구(2)는 여러 부품으로 형성되며, 성형 수단(4)과 점화 튜브(5)를 포함한다. 성형 수단(4) 내에는 여기서 점선으로 도시된 공작물(18)이 배치된다. 점화 튜브(5)의 내부에는 점화 챔버(6)가 제공된다. 점화 챔버(6) 내에 폭발제(7)가 있다.
상기 실시예에서, 폭발성 가스 혼합물인 산수소 혼합 가스가 폭발제(7)로서 제공되며, 이는 연결부(8)를 통해서 점화 챔버(6) 내에 유입될 수 있다. 그러나 본 발명의 다른 실시예에서는 가스, 액상 또는 고체 형태의 다른 폭발제도 사용될 수 있다. 연결부(8)는 각각의 폭발제에 상응하게, 가스 연결부, 액체 연결부 또는 고체 연결부로서 형성된다.
에너지 빔 발생기(3)는 에너지 빔(12)을 선택적으로 발생할 수 있으며, 상기 실시예에서 그 수직축(9)을 중심으로 베이스(10)에 회전 가능하게 지지된 레이저 장치이다. 라인(11)을 통해 에너지가 공급되어, 필요에 따라 에너지 빔을, 본 실시예에서는 레이저 빔(12)을 발생시킬 수 있다.
점화 튜브(5)의 벽(13)은 에너지 빔(12)을 투과시키는 도입 지점(14)을 포함한다. 도입 지점(14)의 영역에 투과성 매체(15)가 제공되며, 이는 에너지 빔(12)을 적어도 부분적으로 투과시킨다. 본 발명의 상기 실시예에서, 투과성 매체(15)는 도 2에서 더 정확하게 도시되는 유리 삽입물(19)을 포함한다.
레이저 장치(3)는, 레이저 빔(12)이 투과성 매체(15)를 통해서 점화 튜브(5)의 점화 챔버(6) 내로 침투할 수 있도록 배치된다. 이로써 점화 챔버(6)에서 폭발 제(7)가 점화된다.
선택적으로, 장치(1)의 공구(2)는 에너지 빔(12)을 위한 복수의 도입 지점(14) 또는 점화 지점을 포함할 수도 있다. 장치(1)는 여기서 파선으로 도시된 바와 같이, 상기 실시예에서 제1 점화 튜브(5)와 유사하게 형성된 또 다른 점화 튜브(5')를 포함할 수 있다. 이에 상응하게, 상기 점화 튜브는 점화제(7)로 채워진 점화 챔버(6'), 투과성 매체(15') 및 연결부(8')도 포함한다.
수직축(9)을 중심으로 레이저 장치(3)가 회전함으로써, 레이저 장치(3)는 레이저 빔(12)이 제1 점화 튜브(5)의 점화 챔버(6) 내로 침투되는 제1 위치(16)로부터, 도 1에서 파선으로 도시된 바와 같이, 레이저 빔(12)이 투과성 매체(15')를 통해서 제2 점화 튜브(5')의 점화 챔버(6') 내에 입사되는 제2 위치(17)로 이동될 수 있다. 따라서 점화 튜브(5, 5') 내에서 점화제(7)는 레이저 장치(3)를 통해서 예컨대 연속적으로 점화될 수 있다.
이 경우, 공작물(18)은 도 1에서 점선과 파선으로 도시된 바와 같이, 2개의 점화 튜브(5, 5') 사이에 배치될 수 있다.
도 2에는 II-II 선상에서 절단된, 에너지 빔(12)을 투과시키는 점화 튜브(5)의 도입 지점(14)이 도시된다. 도 2에 사용된 도면 부호는 도 1과 동일한 부품을 나타내므로, 이와 관련해서는 도 1의 설명을 참조한다.
본 발명의 상기 실시예에서, 투과성 매체(15)는 사각형의 횡단면을 갖는 원형의 유리 삽입물(19)을 포함한다. 유리 삽입물의 외부 직경과 두께는 거의 동일한 크기이다. 상기 실시예에서, 유리 삽입물(19)의 직경 및 두께는 10mm에 달한 다.
그러나 본 발명의 다른 실시예에서, 이러한 비율은 분명히 변동할 수 있다. 유리 삽입물의 치수와 그 외부 형태는 각각의 적용예에 맞게 조정될 수 있다. 따라서 유리 바디의 횡단면은 예컨대 팔각형일 수도 있다. 또한, 유리 삽입물(19)의 점화 챔버측 면(20) 및/또는 이에 대향 배치된 면(21)은 볼록할 수 있으므로, 거의 렌즈 형태의 유리 삽입물(19)이 제공된다. 삽입물(19)의 재료도 적용예에 따라 달라질 수 있다. 여기에서와 같이, 에너지 빔 발생기로서 레이저가 사용되면, 예컨대 압력과 열을 견디면서도 광투과성을 갖는 플라스틱이 고려될 수 있다.
또한 투과성 매체(15)는 유리 삽입물(19)이 배치된 홀더(22)를 포함한다. 본 발명의 상기 실시예에서, 홀더(22)는 구리-베릴륨-합금으로 제조된다. 이는 안정적이며, 그리고 폭발로 인해서 동적으로 갑작스럽게 발생하는 비교적 높은 부하를 잘 견딘다. 또는 대안적으로, 홀더(22)는 다른 구리 합금 또는, 폭발로 인한 높은 부하를 견뎌내는 임의의 다른 재료로도 제조될 수 있다. 홀더의 벽(23)은 L자형 횡단면을 갖는다. 홀더(22)의 내부 윤곽은 유리 삽입물(19)의 외부 치수에 대략 상응한다.
투과성 매체(15)는 점화 튜브(5) 내부의 점화 챔버(6)를 주변에 대해서 밀봉하는 밀봉부(24)와 함께 점화 튜브(5)에 배치된다. 점화 튜브(5)의 벽(13)과 홀더(22)는 압착 끼워맞춤을 형성한다.
본 발명에 따른 장치의 구조는 여기서 하나의 개별 공구를 기초로 설명되지만, 본 발명의 다른 실시예에서 상기 장치(1)는 도 3a, 도 3b에 도시된 바와 같이, 복수의 공구(2)도 포함할 수 있다.
도 3a 및 도 3b에는 복수의 공구를 갖는, 본 발명에 따른 장치의 가능한 실시예가 도시된다. 공구(2a 내지 2d)는 도 1에 도시되고 설명된 공구(2)에 상응한다. 도 3a 및 도 3b는 이러한 유형의 장치를 구현하는 다른 가능성을 도시한 것일 뿐이다. 어떠한 경우에도, 본 발명은 상기 도면에 도시된 실시예에만 국한되지 않는다. 오히려 도 3a와 도 3b에 도시된 작용 원리는 적용예에 따라 임의의 방식으로 서로 통합될 수도 있다.
도 3a에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 장치의 개략도가 도시된다. 도 3a에 사용된 도면 부호는 도 1 및 도 2에 도시된 것과 동일한 부품을 나타내므로, 이와 관련해서는 도 1과 도 2의 설명을 참조한다. 도 3a에 도시된 장치(1)는 복수의 공구(2), 복수의 에너지 빔 발생기 또는 레이저 장치(3)를 포함한다. 상기 장치의 구성은 도 1과 도 2에 도시된 구성에 상응하므로, 여러 번 나타나는 동일한 부품들에는 부가어 a, b 등이 붙는다.
상기 장치(1)는 여기서 4개의 공구(2a 내지 2d)와 4개의 레이저 장치(3a 내지 3d)를 포함한다. 공구(2a 내지 2d)는 여기서 점선으로 도시된 원(30) 안에 배치된다. 레이저 장치(3a 내지 3d)도 대체로 원(30)의 내부에 거의 동심으로 위치한 원(31) 상에 배치된다. 레이저 장치(3a 내지 3d)는 공구(2a 내지 2d)에 대해서, 각각 하나의 레이저 빔(12a 내지 12d)이 각각 하나의 공구(3a 내지 3d)의 투과성 매체(15)를 통해서 점화 챔버(6a 내지 6d) 내로 침투되어 거기서 폭발제(7)를 점화시킬 수 있도록 배치된다.
대안적으로, 도 3a에 선택된 장치의 경우, 2개의 레이저 장치(3a 및 3b)는 여기서 파선으로 도시된 단독의 레이저 장치로도 대체될 수 있으며, 이는 도 1과 유사하게 그 수직축(9)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 축(9)을 중심으로 한 회전에 의해, 상기 레이저 장치는 레이저 장치(3a)의 위치 및 레이저 장치(3b)의 위치도 취할 수 있다. 이는 마찬가지로 유사하게 수직축(9)을 중심으로 회전 가능한 하나의 개별 레이저 장치로 대체될 수 있는 레이저 장치(3c 및 3d)에도 동일하게 적용된다.
도 3b에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 장치의 개략도가 도시된다. 도 1과 도 2에 사용된 도면 부호가 도 3b에서 동일한 부품을 나타내므로, 이와 관련해서는 도 1과 도 2의 설명을 참조한다. 도 3a에 도시된 장치(1)는 복수의 공구(2) 및 에너지 빔 발생기 또는 레이저 빔 발생기(3)를 포함한다. 개별 공구(2a 내지 2d)의 구성과 에너지 빔 발생기(3)의 구성은 도 1과 도 2에 도시된 공구(2) 및 에너지 빔 발생기(3)에 상응한다.
상기 장치(1)는 에너지 빔 또는 레이저 빔(12)을 위한 가이드 장치(25)를 추가로 포함한다. 이 경우, 가이드 장치(25)는 반사경 장치이다. 이는 중앙의, 다면체 요소(27)를 포함하며, 복수의, 이 경우 3개의 추가의 반사경 요소(28)를 포함한다. 중앙 요소(27)의 면들은 마찬가지로 반사경(29)을 포함한다. 본 발명의 상기 실시예에서, 중앙 요소(27)의 4개의 면에 반사경(29)이 제공된다. 하나 이상의 반사경(29)은 이 경우 에너지 빔 또는 레이저 빔(12)을 부분적으로 투과시킬 수 있다. 여기서는 반사경(29) 중 3개가 부분 투과성을 갖는다. 부분 투과성을 갖는 반사경(29)은 상기 반사경에 입사된 레이저 광 또는 레이저 빔(12)의 사전 설정된 부분을 반사한다. 레이저 빔(12)의 나머지 부분은 거의 변동되지 않은 채, 부분 투과성을 갖는 반사경을 통해서 투과된다. 따라서 레이저 장치(3)로부터 검출된 레이저 빔(12)이 분할될 수 있다.
중앙의 다면체 요소(27)는 그 수직축(33)을 중심으로 회전 가능하게, 점선으로 도시된 원(26)의 대략 중심에 배치되는 반면, 반사경 요소(28)는 원(26) 상에 배치된다. 반사경 요소(28)도 그 해당 수직축(32)을 중심으로 회전 가능하게 지지된다. 반사경 장치(25)의 개별 부품(27, 28, 29)은, 반사경(28, 29)의 방향 설정에 따라, 레이저 빔(12)이 선택적으로 하나의 공구(2a 내지 2d)의 투과성 매체(15)를 통해서 해당 점화 챔버(6a 내지 6d)의 점화 지점에 안내되도록, 레이저 장치(3) 및 공구(2a 내지 2d)에 대해서 배치된다.
여기서 가이드 장치 또는 반사경 장치(25)가 중앙의 다면체 요소(27) 및 복수의 반사경 요소(28)로써 도시되고 설명될지라도, 본 발명의 다른 실시예에서 가이드 장치(25)는 완전히 다르게 형성될 수도 있다. 반사경 요소(28)의 수와 위치는 적용예에 따라 변경될 수 있다. 가이드 장치(25)의 개별 요소(27, 28, 29)는 여기에 도시된 바와 같이, 반드시 원(26) 상에, 또는 원(26)의 내부에 배치되지 않아도 된다. 여기서 다면체로 형성된 중앙의 요소(27)는 디스크형과 같은 다른 형태도 포함할 수 있거나 완전히 생략될 수 있다. 또한 가이드 장치(25)의 개별 요소(27, 28, 29)는 서로에 대해서 기울어질 수도 있다. 따라서 레이저 빔(12)의 높이는 장치가 있는 베이스의 위로 변경될 수 있다. 이를 위해 가이드 장치(25)의 개별 요소(27, 28, 29)에는 회전 조인트 및/또는 볼 조인트가 제공될 수 있다. 실제로 가이드 장치(25)의 다른 실시예도 고려될 수 있다. 따라서 레이저 빔(12)은 복수의 유리 섬유 요소에 의해서도, 공구(3) 내의 하나의 또는 복수의 도입 지점(14)에 안내될 수 있다. 개별 공구(2a 내지 2d)의 배치와 구성은 여기에 도시된 것과 다를 수도 있으며 적용예에 따라 변경될 수 있다.
이하에서는, 도 1 내지 도 3b에 도시된 실시예의 기능 방식이 설명된다.
기능 방식은 우선, 하나의 공구와 하나의 에너지 빔 발생기를 갖는 장치에 대해 도 1과 도 2에 의해서 설명된다. 도 1의 장치(1)의 에너지 빔 발생기 또는 레이저 장치(3)는 레이저 빔(12)이 점화 튜브(5)의 벽(13)에 있는 투과성 매체(15)를 통해 점화 챔버(6) 내에 도달할 수 있도록 포지셔닝된다.
이어서 공구(2), 이 경우 공구(2)의 점화 튜브(5)는 폭발제(7)로 채워진다. 이를 위해, 산수소 혼합 가스와 같은 폭발제가 연결부(8)에 의해서 점화 튜브(5)의 점화 챔버(6) 내로 안내된다. 사전 설정된 양의 폭발제(7)가 점화 챔버(5) 내에 모이면, 연결부(8)는 폐쇄된다.
폭발제(7)를 점화하기 위해, 에너지 빔 발생기 또는 레이저 장치(3)에서는 에너지 빔, 이 경우 레이저 빔(12)이 발생한다. 레이저 장치(3)로부터 나온 레이저 빔(12)은 투과성 매체(15)에 입사되어 상기 매체를 투과하며, 점화 챔버(6) 내의 폭발제(7)에 입사된다.
도 2에는 이러한 과정이 더 정확하게 도시되어 있다. 여기서 레이저 빔(12)은 투과성 매체(15)의 유리 삽입물(19)의 외부면(21)에 입사된다. 유리 삽입 물(19)의 특성과 형태에 의해, 레이저 빔은 전반적으로 장애 없이, 그리고 큰 편향 없이 유리 삽입물(19)을 투과하며, 점화 챔버측 면(19)에서 다시 유리 삽입물(19)로부터 나와 점화 튜브(5)의 점화 챔버(6) 내로 유입된다. 점화 챔버에서 레이저 빔(12)은 폭발제(7)에 입사되어 점화 지점(36)의 영역에서 폭발제를 점화한다.
유리 삽입물(19)의 형태에 따라, 레이저 빔(12)은 변경될 수 있다. 만곡된 외부면(21) 및/또는 만곡된 점화 챔버측 면(20)을 갖는, 렌즈형으로 형성된 유리 삽입물(19)에 의해, 레이저 빔(12)은 예컨대 상기 유리 삽입물이 볼록하게 만곡된 경우 더 많이 집속되어 특정의 점화 지점에 포커싱될 수 있다. 그에 반해 오목한 만곡에 의해서는 레이저 빔(12)이 확산될 수 있다. 예컨대 횡단면이 다면체형 또는 팔각형인 경우에서와 같이, 면(20, 21)이 서로에 대해 기울어지면, 레이저 빔(12)의 확산 방향이 편향될 수 있다.
이로 인한 폭발제(7)의 폭발시, 점화 튜브(5)와 투과성 매체(15)에 비교적 큰 힘을 가하는 비교적 큰 압력 변화와, 비교적 큰 온도 상승이 단시간 내에 발생한다. 점화 튜브(5)에 대한 투과성 매체의 인터페이스는 이러한 갑작스러운 동적 부하가 가해지는 중에도 밀봉부(24)에 의해서 밀봉된다. 유리 삽입물(19)과 홀더(22) 사이의 인터페이스도 밀봉부(24)에 의해서 밀봉된다. 이로써 한편으로, 점화 튜브(5) 내에 압력이 양호하게 형성될 수 있으며, 다른 한편으로 주변, 즉 공구(2)의 외부는 압력 변화 및 온도 변화와 같은 폭발의 직접적인 영향에 대해, 그리고 배기 가스와 같이 경우에 따라 발생하는 유해한 폭발 산물에 대해서 보호될 수 있다.
폭발 시 생성되는 압력 파면 또는 폭발 파면은 점화 튜브(5)를 따라 확산되어 공작물(18) 내에 이르며, 성형 수단(4) 내로 상기 공작물을 가압한다. 원리적으로, 폭발 파면은 점화 지점(36)으로부터 시작해서 구형으로 확산된다. 즉, 이 경우 폭발 파면의 하나의 부분(34)은 점화 지점(36)으로부터 시작해서 공작물(18)의 방향으로 이동한다. 이에 반해, 폭발 파면의 다른 부분(35)은 도 2에 도시된 바와 같이, 공작물(18)로부터 멀리 이동한다. 점화 튜브(5)의 구성 및, 도입 지점(14) 또는 점화 지점(36)의 위치에 따라, 이러한 폭발 파면의 제2 부분(35)의 진행이 제어될 수 있다.
폭발 파면의 상기 부분이 점화 튜브(5)의 단부에 도달할 때 반사되도록 점화 튜브(5)가 형성되면, 시간 지연 방식으로 공작물(18)을 지나 이동하는 2개의 폭발 파면(34, 35)이 발생할 수 있다. 2개의 폭발 파면의 시간 지연은 점화 지점(36) 또는 도입 지점(14)의 위치와, 점화 튜브(5)의 형태에 의해서 제어될 수 있다.
이에 반해, 공구(2)가 도 1에 파선으로 도시된 바와 같이 복수의 도입 지점(14)과 점화 지점(36)을 포함하면, 공구의 복수의 지점들에서 폭발제(7)가 점화될 수 있다. 이를 위해 레이저 장치(3)는, 상기 장치가 제1 레이저 빔(12)을 제1 점화 튜브(5)의 점화 챔버(6) 내로 송출하여 제1 점화 튜브(5) 내의 폭발제(7)를 점화한 이후, 수직축(9)을 중심으로 제1 위치(16)로부터 그 제2 위치(17)로 회전된다. 이어서 제2 점화 튜브(5')의 투과성 매체(15')를 통해 제2 점화 챔버(6') 내에 도달하는 추가의 레이저 빔(12)이 발생한다. 제2 점화 챔버에서 레이저 빔은 폭발제(7)에 입사되어 이를 점화한다. 따라서 복수의, 이 경우 2개의 폭발 파면이 하나의 공구 내에 발생할 수 있다.
2개의 폭발 파면의 거동은 2개의 레이저 펄스의 시간적 제어 외에도, 예컨대 도입 지점(14) 또는 점화 지점(36)의 적절한 배치에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 도 1에 도시된 본 발명의 실시예의 경우, 서로 이동하며 공구(2) 내의 특정의 지점에서 만나는 2개의 폭발 파면이 형성된다.
복수의 점화 지점들이, 도 1에서와 같이 하나의 공구(2)에서, 또는 도 3a 및 도 3b에서와 같이 복수의 공구들(2a 내지 2d)에서 동시에 점화되어야 하면, 선택적으로 복수의 레이저 장치(3)로써 또는, 단 하나의 레이저 장치(3)와 가이드 장치(25)로써 작업이 실행될 수 있다. 본 발명의 두 가지 변형예의 이러한 기능 원리는 도 3a와 도 3b에 도시되어 있다. 적용예에 따라, 두 가지 가능성의 통합 형태, 즉 복수의 레이저 장치(3)와 하나 이상의 가이드 장치(25)의 통합 형태도 제공된다.
도 3a 및 도 3b의 공구(2a 내지 2d)와 레이저 장치(3a 내지 3d)의 배치는 개별 공구(2a 내지 2d)에서의 폭발제의 동시 점화 및 시간 지연된 점화를 모두 허용한다.
동시 점화를 위해, 도 3a에서는 총 4개의 레이저 장치(3a 내지 3d)에서 레이저 빔(12a 내지 12d)이 동시에 발생하며, 레이저 빔은 각각의 투과성 매체(15a 내지 15d)를 통해서 각각의 공구(3a 내지 3d)의 점화 챔버(6a 내지 6d)로 거의 동시에 투과되어 거기서 폭발제(7)를 점화한다.
이에 반해, 도 3b에서는 단 하나의 레이저 빔(12)이 발생하며, 이는 투과성 매체(15a 내지 15d)를 통해서 각각의 공구(2a 내지 2d)의 점화 튜브(5a 내지 5d)로 거의 동시에 투과되어 거기서 폭발제(7)를 점화하도록, 가이드 장치 또는 반사경 장치(25)에 의해서 분할되고 편향된다.
따라서 각각의 공구(3a 내지 3d)에서는 도 1에서 이미 설명한 바와 같이, 하나 이상의 폭발 파면이 거의 동시에 형성된다.
시간 지연식 점화를 위해, 도 3a에서 레이저 장치(3a 내지 3d)에서는 시간 지연 방식으로, 예컨대 차례로 각각 하나의 레이저 빔(12a 내지 12d)이 발생한다. 레이저 빔은 또한 각각의 공구(2a 내지 2d)의 점화 챔버(6a 내지 6d)로 차례로 입사되어 공구(2a 내지 2d)의 폭발제(7a 내지 7d)를 차례로 점화한다. 즉, 공구(2a)의 폭발제(7a)를 먼저 점화한 다음, 공구(2b)의 폭발제(7b)를 점화한다. 이 경우 레이저 빔들(12a 내지 12d)의 발생 사이의 시간차는 임의로 선택될 수 있다. 따라서 레이저 빔들(12a, 12b)은 동시에 발생하는 반면, 레이저 빔들(12c, 12d)은 시간적으로 뒤에 발생할 수도 있다. 원칙적으로, 임의의 조합들이 고려될 수 있다.
도 3b에는 공구(2a 내지 2d)의 폭발제(7)를 시간 지연 방식으로 점화하는 여러 가능성들이 있다. 한편으로 레이저 장치(3)는 복수의 레이저 빔(12)을 연속적으로 발생시킬 수 있다. 레이저 빔(12)이 다른 하나의 공구(3a 내지 3d)의 각각의 투과성 매체(15a 내지 15d)를 통해서 연속적으로 투과되어 폭발제(7a 내지 7d)를 점화하도록, 개별 레이저 빔들의 발생 사이에 가이드 장치의 개별 요소들(27, 28, 29)의 상대적 위치가 변경되고 그리고/또는 레이저 장치(3)의 위치가 변경된다.
대안적으로, 레이저 장치(3)는 가이드 장치(25)에 의해서 제1 공구(2a)의 점 화 챔버(6a)로 안내되어 거기서 폭발제를 점화하는 지속적인 레이저 빔(12)을 발생시킬 수 있다. 이제 공구(2b)의 폭발제 또한 점화되어야 하면, 레이저 빔(12)이 투과성 매체(15b)를 통해서 점화 챔버(6b) 내에 도달하도록, 가이드 장치(25)의 개별 요소들(27, 28, 29)의 상대적 위치가 변경되고 그리고/또는 레이저 장치(3)의 위치가 변경된다. 이와 유사하게 공구(2c, 2d)의 폭발제 점화가 실행된다.
여기서 복수의, 예컨대 2개의 공구가 동시에 점화되어야 하면, 에너지 빔(12)에 대해 부분 투과성을 갖는 가이드 요소, 이 경우 부분 투과성을 갖는 반사경 요소가 사용될 수 있다. 상기 요소는 레이저 빔(12)의 일부분만이 편향되도록 하는 반면, 레이저 빔의 나머지 부분은 그 원래의 방향을 유지하도록 한다. 따라서 레이저 빔(12)은 예컨대 공구(2a) 내의 점화 지점으로 배향될 수 있으며, 이는 상기 지점에서 폭발제(7)를 점화하기 위함이다. 부분 투과성을 갖는 반사경 요소에 의해, 레이저 빔(12)의 일부는 예컨대 공구(2b) 내의 다른 점화 지점을 향해 동시에 안내될 수 있으며, 상기 지점에서 마찬가지로 폭발제를 점화할 수 있다.

Claims (27)

  1. 공작물의 폭발 성형 방법이며, 하나 이상의 공작물(18)이 하나 이상의 공구(2)에 배치되어, 상기 공구에서 점화될 폭발제(7)에 의해서 성형되는, 공작물 의 폭발 성형 방법에 있어서,
    폭발제(7)는 하나 이상의 에너지 빔(12)에 의해서 점화되는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  2. 제1항에 있어서, 에너지 빔(12)은 레이저(3)에 의해서 발생하는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 에너지 빔(12)은 가이드 장치(25)에 의해서 에너지 원(3)으로부터 하나 이상의 점화 지점(36)에 안내되는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 에너지 빔(12)은 반사경 장치(25)에 의해서 에너지 원(3)으로부터 하나 이상의 점화 지점(36)에 안내되는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 폭발제(7)는 장치(1)의 복수의 지점들에서 동시에 점화되는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 폭발제(7)는 장치(1)의 복수의 지점들에서 시간 지연 방식으로 점화되는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 공구(2) 내에서 복수의 폭발 파면(34, 35)이 발생하는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 적어도 각각 하나의 폭발 파면(34)이 장치(1)의 복수의 공구(2a 내지 2d) 내에서 발생하는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 에너지 빔(12)은 공구(2)의 점화 튜브(5) 내로 유도되는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 에너지 빔(12)은 투과성 매체(15)를 통해서 폭발 챔버(6)에 이르는 것을 특징으로 하는 공작물의 폭발 성형 방법.
  11. 폭발 성형 장치(1)이며, 특히 하나 이상의 공작물(18)이 하나 이상의 공구(2)에 배치되어, 점화될 폭발제(7)에 의해서 성형될 수 있는, 제1항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치(1)에 있어서,
    그 에너지 빔(12)으로써 폭발제(7)를 점화할 수 있는 하나 이상의 에너지 빔 발생기(3)가 제공되는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  12. 제11항에 있어서, 에너지 빔 발생기(3)는 레이저를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 공구(2)는 에너지 빔(12)을 투과시킬 수 있는 하나 이상의 도입 지점(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  14. 제13항에 있어서, 도입 지점(14)은 하나 이상의 투과성 매체(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  15. 제14항에 있어서, 투과성 매체(15)는 유리 삽입물(19)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  16. 제15항에 있어서, 유리 삽입물(19)은 5 내지 15mm의 범위의 두께, 바람직하게는 7 내지 12mm의 범위, 특히 9 내지 11mm의 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  17. 제15항 또는 제16항에 있어서, 유리 삽입물(19)은 대략 5 내지 15mm의 외부 직경, 바람직하게는 7 내지 12mm, 특히 9 내지 11mm의 외부 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  18. 제14항 내지 제17항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 투과성 매체(15)는 렌즈형으로, 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  19. 제14항 내지 제17항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 투과성 매체(15)는 거의 사각형의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  20. 제14항 내지 제17항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 투과성 매체(15)는 거의 팔각형의 횡단면을 갖는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  21. 제14항 내지 제20항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 투과성 매체(15)는 구리를 함유한 홀더(22)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  22. 제14항 내지 제21항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 주변에 대해서 폭발 챔버(6)를 밀봉하는 밀봉부(24)를 갖는 투과성 매체(15)가 공구(2)에 배치되는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  23. 제11항 내지 제22항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 공구(2)는 복수의 도입 지점(14)을 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  24. 제11항 내지 제23항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 적어도 각각 하나의 도입 지점(14)이 복수의 공구(2)에 제공되는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  25. 제11항 내지 제24항 중 적어도 어느 한 항에 있어서, 하나 이상의 점화 지점(36)에 에너지 빔(12)을 안내할 수 있는 하나 이상의 가이드 장치(25)가 에너지 빔 발생기(3)의 빔 경로에 제공되는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  26. 제25항에 있어서, 가이드 장치(25)는 반사경 장치인 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 가이드 장치(25)는 에너지 빔(12)에 대해 부분 투과성을 갖는 하나 이상의 반사경 요소(29)를 포함하는 것을 특징으로 하는 폭발 성형 장치.
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