WO2008017444A1 - Verfahren und vorrichtung zum explosionsumformen - Google Patents

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WO2008017444A1
WO2008017444A1 PCT/EP2007/006937 EP2007006937W WO2008017444A1 WO 2008017444 A1 WO2008017444 A1 WO 2008017444A1 EP 2007006937 W EP2007006937 W EP 2007006937W WO 2008017444 A1 WO2008017444 A1 WO 2008017444A1
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ignition
tool
induction element
explosive
explosion
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PCT/EP2007/006937
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English (en)
French (fr)
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Andreas Stranz
Alexander Zak
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Cosma Engineering Europe Ag
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Priority to CA002661058A priority patent/CA2661058A1/en
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    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D26/00—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces
    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
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    • B21D26/02—Shaping without cutting otherwise than using rigid devices or tools or yieldable or resilient pads, i.e. applying fluid pressure or magnetic forces by applying fluid pressure
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B21—MECHANICAL METAL-WORKING WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D—WORKING OR PROCESSING OF SHEET METAL OR METAL TUBES, RODS OR PROFILES WITHOUT ESSENTIALLY REMOVING MATERIAL; PUNCHING METAL
    • B21D37/00—Tools as parts of machines covered by this subclass
    • B21D37/16—Heating or cooling
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F42—AMMUNITION; BLASTING
    • F42D—BLASTING
    • F42D3/00—Particular applications of blasting techniques
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49805—Shaping by direct application of fluent pressure
    • Y10T29/49806—Explosively shaping

Definitions

  • the invention relates to a method and an apparatus for explosion forming with the features of the preamble of claim 1 and 8, respectively.
  • a workpiece is placed in a tool and ignited by igniting an explosive substance, e.g. a gas mixture in the tool, reshaped.
  • an explosive substance e.g. a gas mixture in the tool
  • the explosive substance is introduced into the tool and ignited here as well.
  • the tool or the ignition mechanism must be suitable for triggering the explosion targeted and withstand the high loads occurring during the explosion, on the other hand, repeatable good forming results in the shortest possible set-up times can be achieved.
  • the hollow body is placed in a tool and the upper opening of the hollow body is closed with a stopper. Via a line in the plug, an explosive gas is introduced into the cavity, which is then ignited via a plug arranged in the spark plug.
  • the invention has for its object to improve a method and an apparatus of the type mentioned in that a technically easy-to-handle ignition mechanism is created, which allows a precise ignition of the explosive material with repeatable accuracy despite short set-up times.
  • This object is achieved according to the invention with a method having the features of claim 1.
  • an induction element can be cooled at least temporarily.
  • the heat development in the induction element and thus the ignition can be controlled even more accurately.
  • the cooling can take place between successive ignitions.
  • the cooling phase of the induction element can be accelerated. It is thus faster ready for use again. Cycle times can be shortened.
  • the explosive can be ignited at several ignition points of a tool. So can be z. B. generate multiple detonation fronts within a tool. Depending on where the explosive is located within the tool and at which point it is ignited, the course of the detonation fronts can be adapted to the requirements of the forming process.
  • the explosive can be ignited at each at least one ignition point of several tools.
  • the explosive can be ignited at each at least one ignition point of several tools.
  • several forming processes can take place simultaneously, this increases the efficiency of the process or the corresponding device.
  • the explosive can be ignited simultaneously at several ignition points. If simultaneous ignition takes place at several points in an individual NEN tool, so multiple detonation fronts can be generated within a tool. On the other hand, if the simultaneous ignition is performed on several tools, the efficiency of the device can be increased.
  • the explosive can be ignited at several ignition points with a time delay. If the time-delayed ignition on a single tool of the device, it can be generated multiple detonation fronts within a tool. The temporal offset allows a tuning of the time course of the individual detonation fronts within the tool. If the staggered ignition of different tools of the device, z. B. all tools of the device are fired sequentially. This helps to shorten the cycle times if the parallel forming processes overlap in time.
  • any combination of simultaneous and time-delayed ignition of one and / or more tools of the device are possible. This makes it easy to adapt the process to different production requirements.
  • the basic idea of controlling the propagation of detonation fronts via a temporally variable ignition at one or more points of the tool and thus influencing the forming result, would also be independent of the type of ignition, whether with induction or otherwise, feasible.
  • the explosion in the tool can be controlled both locally and in terms of time.
  • the induction element is technically well feasible and allows the induced voltage and thus to control the heat generated via the flux density. This allows good forming results with good predictability and repeatability of the results.
  • the induction element can be arranged in a wall of the tool.
  • the induction element may have at least one ignition means arranged in an explosion space of the tool, in which a voltage is inducible.
  • the ignition means can thus be well adapted to its task, namely the induction and the ignition.
  • the ignition means may comprise tungsten and / or copper.
  • the ignition means may at least partially be arranged reaching into the explosion space.
  • the voltage and thus the heat required for the ignition can be induced directly in the explosion chamber.
  • the ignition means may be arranged approximately annularly around an explosion space of the tool.
  • a kind of ignition ring can be formed in the explosion chamber.
  • the ignition means may be arranged approximately in alignment with the wall of the explosion chamber.
  • the detonator can be integrated into the tool so technically good and space-saving. Due to the aligned arrangement also acting on the ignition explosive forces can be kept low.
  • the inner diameter of the ignition means may correspond approximately to the inner diameter of the explosion chamber.
  • the ignition can be well integrated into the explosion room.
  • the inner diameter of the ignition means may be about 20 to 40 mm, preferably about 25 to 35 mm and in particular about 30 mm. This has proven to be advantageous in practice and ensures good forming results.
  • the induction element may comprise at least one coil arrangement for inducing a voltage in an ignition means, which is arranged outside the explosion chamber of the tool.
  • the coil is easily accessible from the outside and protected from explosion.
  • the coil arrangement can be arranged on a region of a detonator finger located outside the tool. This allows easy installation, z. B. by simply pushing the coil assembly on the ignition finger.
  • the coil arrangement can be arranged approximately annularly around an explosion space of the tool. Due to the radial arrangement of the coil, voltage and thus heat can be induced directly in the explosion chamber.
  • the induction element may have an insulator which insulates the ignition means from the tool.
  • the tool thus remains tension-free.
  • the induction element may comprise an insulator which insulates the coil assembly from the tool.
  • the tool is thus protected against voltage and heat induction.
  • the induction element may comprise a cooling device for cooling the ignition means and / or the coil arrangement. This allows the induction element to be protected from overheating. In addition, the cooling times of the induction element can be reduced.
  • the cooling device may comprise water as coolant. This is a cheap and readily available coolant.
  • the cooling device may comprise nitrogen as the coolant. This ensures a good cooling performance.
  • the induction element may be arranged with at least one seal in the tool which seals the explosion space from the environment. So the environment can be protected from the direct effects of Explosion as abrupt pressure and temperature rise but also from the explosion products such. As exhaust gases are protected.
  • the gasket may comprise copper.
  • Copper in particular copper beryllium alloys, have proved to be advantageous in practice, since they offer good sealing properties and at the same time good stability.
  • the induction element may have at least one heating point. This allows the heat of induction to focus on a point from which the explosion should start. This helps to precisely control the explosion locally.
  • the heating point can protrude into the explosion space. This design of the heating point allows a larger heating or ignition surface.
  • the heating point can be arranged approximately in alignment with a wall of the explosion chamber.
  • the loads acting on the heating point during the explosion can be kept low.
  • FIG. 1 is a perspective view of an explosion-proofing apparatus according to a first embodiment of the invention
  • FIG. 2 shows a section II-II through the tool of the device from FIG. 1 in the region of the induction element
  • FIG. 3 shows a section through the induction element according to a second embodiment of the invention
  • Figure 5 is a schematic representation of a device with a plurality of tools according to a fourth embodiment of the invention.
  • Figure 1 shows a perspective view of an explosion-proofing apparatus according to a first embodiment of the invention.
  • the device 1 has a multipart tool 2 with a forming means 3 and an ignition tube 4.
  • the forming means 3 has a cavity 42 corresponding to the later workpiece shape, which is indicated here by a dot-dash line. In the cavity 42 a indicated by a dotted line workpiece 5 is arranged.
  • the ignition tube 4 is made of a poor or only moderately thermally conductive material such. B. made of 1.4301 steel and has an explosion chamber 6 in its interior. In the assembled state of the multi-part tool 2 shown here, the explosion chamber 6 communicates with the cavity 42 in the forming means 3.
  • the explosion chamber 6 of the ignition tube 4 can be filled via a connection 7 with an explosive 8.
  • the explosive 8 is an explosive gas mixture, namely oxyhydrogen gas.
  • any different explosive including fluids or solids, find use.
  • the terminal 7 is then formed accordingly.
  • an induction element 10 is arranged in the wall 9 of the ignition tube 4. This acts as an ignition mechanism for the explosive 8. It has an ignition means 11 and a coil assembly 12.
  • the ignition means 11 is made of a tungsten and copper-containing alloy and formed as ignition finger 13. It extends through the wall 9 of the ignition tube 4 into the explosion chamber 6.
  • the ignition means 11 may also consist of a material which has only one of the two elements copper or tungsten.
  • 11 are inductively heatable materials for the ignition, which are preferably hydrogen-resistant and scale-free.
  • the coil assembly 12 is here outside of the tool, arranged on the ignition finger 13.
  • Figure 2 shows the structure of the induction element 10 in more detail. In this embodiment of the invention, the tool 2 has only one ignition tube 4.
  • an additional ignition tube 4 'have Corresponds in its construction to the first ignition tube 4.
  • a plurality of induction elements may be provided on an ignition tube.
  • FIG. 2 shows a section H-II through the induction element 10 of the device 1 of Figure 1.
  • the reference numerals used in Figure 2 denote the same parts as in Figure 1, so that reference is made in this regard to the description of Figure 1.
  • the ignition means 11 of the induction element 10 is approximately rod-like designed as a detonator finger 13 and is at least partially projecting into the explosion chamber 6.
  • the ignition finger 13 is formed at its, the explosion room 6 end facing 14 approximately mushroom-like.
  • About a shoulder 15 of the ignition finger 13 is positively and / or non-positively disposed in the wall 9.
  • the induction element 10 further comprises an electrical insulator 19, which isolates the ignition finger 13 with respect to the ignition tube 4 of the tool 2.
  • the insulator 19 is disposed between the ignition finger 13 and the wall 9 and at the same time formed as a heat insulator.
  • the coil arrangement 12 is arranged approximately in the manner of a ring about a region 16 of the ignition finger 13 lying outside the tool 2 or the wall 9. Via the coil arrangement 12, a voltage in the ignition finger 13 is inducible. The field strength of the coil is adjustable over the number of windings 22.
  • the induction element 10 also has an electrical insulator 17, which isolates the coil assembly 12 relative to the tool 2.
  • This insulator can also be designed as a heat insulator at the same time.
  • the insulators 17, 19 may also be formed in one piece.
  • the coil assembly 12 is clamped non-positively by means of a nut 18 against the shoulder 15 of the ignition finger 13.
  • the induction element is non-positively and / or positively secured in the ignition tube 4.
  • the induction element 10 is arranged with a seal 20 in the wall 9. This seals the explosion chamber 6 in the interior of the ignition tube 4 from the environment.
  • the seal 20 is copper-containing and made in this embodiment of a copper-beryllium alloy. It is arranged here between the insulator 19 and the wall 9 and seals this interface gas-tight.
  • the interface between the ignition finger 13 and the insulator 19 has an interference fit and is also gas-tight.
  • the induction element 10 also has a cooling device 43 in this embodiment of the invention. Via a cooling line 44, the cooling device 43, a coolant can be supplied. Depending on the application, for this purpose different coolant such. As water or nitrogen use. Coolant mixtures or fluids with a coolant additive are also possible.
  • FIG. 3 shows a section through an induction element 10 according to a second embodiment of the invention.
  • the reference numerals used in Figure 3 denote the same parts as in Figures 1 and 2, so that reference is made in this regard to the description of Figures 1 and 2.
  • the induction element 10 is here arranged approximately like a ring around the explosion chamber 6. It also has an ignition means 11, a coil assembly 12 and insulators 21 in this embodiment.
  • the induction element 10 is also arranged here with a seal 20 in the tool 2 or the wall 9 of the ignition tube 4, which seals the explosion chamber 6 from the environment.
  • the ignition means 11 is formed in this embodiment of the invention, for example in the form of a sleeve and arranged in an annular manner around the explosion chamber 6.
  • the longitudinal axis 23 of the ignition means 11 coincides approximately with the longitudinal axis 24 of the explosion chamber 6.
  • the inner, the explosion chamber 6 facing surface 25 of the ignition means 11 is aligned approximately with the wall 9, which limits the explosion chamber 6. That is, the inner diameter 26 of the ignition means 11 corresponds approximately to the inner diameter 27 of the explosion chamber 6.
  • the inner diameter 26 is here 30 mm. This diameter has proven to be favorable in practice.
  • the inner diameter 26 may be in the range of 20 to 40 mm, and more preferably in the range of 25 to 35 mm.
  • the ignition means 11 is made of an alloy comprising tungsten and / or copper.
  • the coil assembly 12 also surrounds the explosion chamber 6 in an annular manner. It is arranged approximately concentrically with the explosion chamber 6 and the ignition means 11.
  • the ignition means 11 and the coil assembly 12 are electrically insulated from the wall 9 by means of at least one electrical insulator.
  • two insulators 21 are provided. They are each arranged between the wall 9 and the ignition means 11 and the Spulenanordung 12. That is, the ignition means 11 and the coil assembly 12 are located between the two insulators 21st
  • the interfaces between the ignition means 11 and the insulators 21 each have a seal 37, which seals the explosion chamber 6 from the environment.
  • This seal is also made of a copper-beryllium alloy. Alternatively, other copper-containing materials come into question for this purpose.
  • the entire induction element 10 is arranged analogously to the first embodiment with a copper-beryllium seal 20 in the wall 9, which seals the explosion chamber 6 from the environment.
  • the seal 20 is formed secondarily.
  • the sealing parts are provided between an insulator 21 and the wall 9.
  • FIG. 4 shows a section through an induction element according to a third embodiment of the invention.
  • the reference numerals used in Figure 4 denote the same parts as in Figures 1 to 3, so that reference is made in this regard to Figures 1 to 3.
  • the induction element 10 via a copper-beryllium seal 20 in the wall 9 of the ignition tube 4 is arranged.
  • the ignition means 11 is formed here with relatively small dimensions as a heating point 28.
  • the heating point 28 in this embodiment has an approximately round, disk-like shape, with a relatively small diameter. But he does not necessarily have this form. In other embodiments of the invention, the heating point 28 may also be square, oval or of any other shape.
  • the inner, the explosion space facing surface 25 of the ignition means 11 and the heating point 28 extends in this embodiment, approximately flush with the wall 9.
  • the heating point 28 could also protrude at least partially into the explosion chamber 6.
  • the inner surface 25 is curved, as indicated by the dotted line.
  • the coil assembly 12 is connected downstream of the heating point 28. It is located on the side facing away from the explosion chamber 6 side 29 of the heating point 28. In this embodiment of the invention, the coil assembly 12 is arranged approximately concentric with the heating point 28. Via the line 30, the coil assembly 12 is energized.
  • the coil assembly 12 and the heating point 28 are surrounded by an insulator layer 31 which electrically isolates the heating point 28 and the coil assembly 12 from the tool 2.
  • the induction element 10 in this embodiment of the invention a receiving element 32, which is arranged in the wall 9 of the ignition tube 4.
  • the arrangement of heating point 28, coil arrangement 12 and insulator layer 31 described above is arranged in the receiving element 32.
  • the receiving element 32 has at its, the explosion space 6 end facing 33 at least one conical surface 34 which rests against at least one corresponding, conically shaped surface 35 in the wall 9 of the ignition tube 4.
  • the conical surface 34 increases the circumference of the receiving element 32 in this area.
  • the interface between the conical surfaces 34, 35 is sealed with the copper-beryllium seal 20, with which the induction element 10 is arranged in the wall 9.
  • the two conical surfaces 34, 35 thus form a kind of conical seat.
  • the receiving element 32 may also function as a valve element.
  • the receiving or valve element 32 is arranged movably in the wall 9 along its longitudinal axis 45.
  • a valve which consists, inter alia, of the two conical surfaces 34, 35 can be opened.
  • the explosive 8 or any other necessary for the forming process material in the explosion chamber 6 and thus in the tool 2 are introduced.
  • the explosion chamber 6 facing surface 33 of the receiving element 32 is arranged approximately in alignment with the wall 9 and the inner surface 25 of the heating point 28.
  • Figure 5 shows a schematic representation of a device 1 with a plurality of tools 2a to 2d.
  • the reference numerals used in Figure 5 denote the same parts as in Figures 1 to 4, so that in this regard reference is made to the description of Figures 1 to 4.
  • the tools 2a to 2d of the device 1 correspond in their construction to the tool 2 shown in FIG. 1, and the induction elements 10a to 10d correspond in their construction to the induction element 10 shown in FIG.
  • FIG. 5 shows a possible arrangement of the tools 2a to 2d. These are here positioned so that the induction elements 10a to 10d point to a central area enclosed by the tools 2a to 2d.
  • the lines 30 are connected here to a central power supply 36. This makes it easy to use the available resources such as space, electrical and other connections etc.
  • the indicated cooling lines 44 can also be supplied centrally.
  • inventions of the invention can also have any other number of tools in any arrangement adapted to the respective production requirements.
  • one or more tools may also have a plurality of induction means.
  • the induction means 10 can, as indicated by dashed lines in Figure 1, to each different ignition tubes 4, 4 'or arranged on a single ignition tube 4.
  • the workpiece 5 is arranged in the cavity 42 of the forming means 3. Subsequently, the tool 2 is brought into a closed state shown in Figure 1.
  • the tool 2 is first filled with the explosive 8. On the one hand, this can take place via the connection 7 shown in FIG. 1, via which oxyhydrogen gas is introduced into the explosion chamber 6 of the ignition tube 4 in this case.
  • the filling of the tool 2 can be done with the explosive 8 via the induction element 10.
  • designed as a valve element receiving element 32 is moved in the direction of the explosion chamber 6.
  • the conical surface 34 moves away from the conical surface 35 and the seal 20. Due to the resulting opening, the explosive 8 can be introduced into the explosion chamber 6.
  • connection 7 in FIG. 1 is closed or the surfaces 34 and 35 in FIG. 4 are brought into contact and the explosion chamber 6 closed in a gastight manner.
  • a voltage in the ignition means 11 is generated via the coil assembly 12.
  • the coil assembly 12 is supplied via the electrical line 30 with power.
  • the voltage induced in the ignition means 11 leads to a heating of the ignition means 11.
  • the explosive 8 or the detonating gas ignites in the explosion chamber 6 and explodes.
  • the interface of the induction element 10 with the ignition tube 4 is also sealed during this sudden, dynamic loading by the seal 20.
  • the interfaces between the individual components of the induction element 10 are gas-tight sealed.
  • the interfaces of the ignition means 11 with the insulator 19 in Figure 1 as well as the interfaces of the ignition means 11 and the coil assembly 12 with the insulator layer 31 and the insulator layer 31 with the receiving element 32 in Figure 4 are sealed via a press fit.
  • the individual components could be connected to each other gas-tight z. Example by a thread, gluing, welding or the like.
  • the interfaces of the ignition element 2 with the insulators 21 in Figure 2 are sealed by the seals 37. This ensures on the one hand a good pressure build-up in the ignition tube 4 and protects the other the environment outside the tool 2 from the direct effects of the explosion, such. B. pressure and temperature changes, as well as the potentially harmful explosion products, such. B. exhaust gases.
  • the detonation front 38 extends in principle starting from an ignition point 39 spherical. If the ignition takes place selectively in the wall 9, as shown in FIGS. 2 and 4, this means that a part 40 of the detonation front 38 moves from the ignition point 39 in the direction of the workpiece 5. On the other hand, another part 41 of the detonation front 38 moves away from the workpiece 5, as shown in FIG.
  • the propagation and the course of the detonation fronts can be determined by the shape and the position of the ignition means 11 in the tool 2 or in the ignition tube 4.
  • the ignition tube 5 is formed so that the second part 41 of the detonation front 38 is reflected when it reaches the end of the ignition tube 4, can be such.
  • two detonation fronts 40, 41 generate, which move over the workpiece 5 offset in time.
  • the temporal offset of the two detonation fronts 40, 41 can be controlled via the position of the ignition means 11 and the shape of the ignition tube 4.
  • the ignition of the explosive means 8 can be activated at several points. Ren places the tool 2 done. For this purpose, all induction elements 10 can be energized simultaneously or with a time delay. So can be z. B. generate multiple detonation fronts within a tool 2. In the embodiment shown in Figure 1 with the dashed lines indicated additional ignition tube 4 ', such. B. two detonation fronts are generated, which move towards each other and meet at a predetermined location in the tool 2. This allows the forming result to be influenced.
  • the workpiece 5 Due to the explosion, the workpiece 5 is pressed into the cavity 42 of the forming means 3 of the tool 2 and so transformed.
  • the explosion products such as. As exhaust gases, can then be discharged via the port 7 or via a trained as a valve element receiving element 32 or via a separate connection from the explosion chamber 6.
  • the induction element 10 can be cooled via the cooling device 43.
  • a coolant is passed through the cooling line 44 in the cooling device 43.
  • the cooling can z. B. already done directly after the ignition of the explosive 8.
  • the cooling time of the induction means 10 can be shortened and it is ready for use again faster.
  • the time within which two consecutive ignitions are possible can be shortened.
  • the ignition means 11 and possibly also the coil assembly 12 is cooled.

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Abstract

Mit der Erfindung soll ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Explosionsumformen von Werkstücken, wobei wenigstens ein Werkstück (5) in wenigstens einem Werkzeug (2) angeordnet und mittels eines zu zündenden Explosionsmittels (8) umgeformt wird, dahingehend verbessert werden, dass ein technisch einfach handzuhabender Zündmechanismus mit möglichst geringen Rüstzeiten entsteht, welcher ein möglichst präzises Zünden des Explosionsmittels (8) mit zeitlich wiederholbarer Genauigkeit erlaubt. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung, bei welchem wenigstens ein Werkstück (5) in wenigstens einem Werkzeug (2) angeordnet und mittels eines zu zündenden Explosionsmittels (8) umgeformt wird, gelöst, bei welchem das Explosionsmittel (8) mit Hilfe von Induktion gezündet wird.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Explosionsumformen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Explosionsumformen mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 bzw. 8.
Beim Explosionsumformen wird ein Werkstück in einem Werkzeug angeordnet und durch Zünden eines explosiven Stoffes, z.B. eines Gasgemisches in dem Werkzeug, umgeformt. In der Regel wird der explosive Stoff in das Werkzeug eingeleitet und auch hier gezündet. Dabei stellen sich zwei Probleme. Zum einen muss das Werkzeug bzw. der Zündmechanismus dazu geeignet sein, die Explosion gezielt auszulösen und den bei der Explosion auftretenden hohen Belastungen standzuhalten, zum anderen sollen wiederholbar gute Umformergebnisse in möglichst kurzen Rüstzeiten erzielt werden.
Bei einem aus der EP 0 830 907 bekannten Verfahren zum Verformen von Hohlkörpern, wie z.B. Dosen, wird der Hohlkörper in ein Werkzeug eingelegt und die obere Öffnung des Hohlkörpers mit einem Stopfen verschlossen. Über eine Leitung in dem Stopfen wird ein explosives Gas in den Hohlraum eingeleitet, welches anschließend über eine in dem Stopfen angeordnete Zündkerze gezündet wird.
Bei einem in der US 3 342 048 beschriebenen Verfahren wird ein zu verformendes Werkstück ebenfalls in einem Werkzeug angeordnet und mit einem explosiven Gasgemisch gefüllt. Die Zündung erfolgt hier mittels Knallquecksilber und einem Heiz- bzw. Glühdraht. Beide Verfahren eignen sich insbesondere für die Einzelteilfertigung und konnten sich in der Praxis nicht für die Massenproduktion durchsetzen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung dahingehend zu verbessern, dass ein technisch einfach handzuhabender Zündmechanismus entsteht, welcher trotz geringen Rüstzeiten ein möglichst präzises Zünden des explosiven Stoffes mit zeitlich wiederholbarer Genauigkeit erlaubt. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Durch die Zündung mittels Induktion, lässt sich die Explosion in dem Werkzeug gut steuern. So kann eine Spannung und die entsprechende Wärme technisch einfach und relativ präzise in einer gewünschten Zündstelle induziert werden. Je nach Flussdichte lässt sich die Zündung des Explosionsmittels auch zeitlich relativ gut und präzise steuern. Über die Variation der Flussdichte ist die induzierte Spannung und damit die entstehende Wärme technisch gut einstellbar. Diese Faktoren ermöglichen eine gute Vorhersagbarkeit und Wiederholgenauigkeit des Umformergebnisses.
In einer Variante der Erfindung kann ein Induktionselement wenigstens zeitweise gekühlt werden. Dadurch kann die Wärmeentwicklung in dem Induktionselement und damit die Zündung noch genauer gesteuert werden. Außerdem lässt sich so ein Überhitzen des Induktionselements vermeiden.
Vorteilhafterweise kann das Kühlen zwischen aufeinanderfolgenden Zündungen erfolgen. Dadurch lässt sich die Abkühlphase des Induktionselements beschleunigen. Es ist somit schneller wieder einsatzbereit. Taktzeiten lassen sich so verkürzen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Explosionsmittel an mehreren Zündstellen eines Werkzeugs gezündet werden. So lassen sich z. B. mehrere Detonationsfronten innerhalb eines Werkzeugs erzeugen. Je nachdem, an welcher Stelle sich das Explosionsmittel innerhalb des Werkzeugs befindet und an welcher Stelle es gezündet wird, kann der Verlauf der Detonationsfronten dabei den Erfordernissen des Umformprozesses angepasst werden.
Günstigerweise kann das Explosionsmittel an jeweils wenigstens einer Zündstelle mehrerer Werkzeuge gezündet werden. So können mehrere Umformprozesse gleichzeitig ablaufen, dies erhöht die Effizienz des Verfahrens bzw. der entsprechenden Vorrichtung.
In einer Variante der Erfindung kann das Explosionsmittel an mehreren Zündstellen gleichzeitig gezündet werden. Erfolgt die gleichzeitige Zündung an mehreren Stellen eines einzel- nen Werkzeugs, können so mehrere Detonationsfronten innerhalb eines Werkzeugs erzeugt werden. Erfolgt die gleichzeitige Zündung dagegen an mehreren Werkzeugen, kann die Effizienz der Vorrichtung erhöht werden.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Explosionsmittel an mehreren Zündstellen zeitversetzt gezündet werden. Erfolgt die zeitversetzte Zündung an einem einzelnen Werkzeug der Vorrichtung, können dadurch mehrere Detonationsfronten innerhalb eines Werkzeugs erzeugt werden. Der zeitliche Versatz erlaubt dabei eine Abstimmung des zeitlichen Verlaufs der einzelnen Detonationsfronten innerhalb des Werkzeugs. Erfolgt die zeitlich versetzte Zündung an unterschiedlichen Werkzeugen der Vorrichtung, können z. B. alle Werkzeuge der Vorrichtung nacheinander gezündet werden. Dies hilft die Taktzeiten zu verkürzen, wenn sich die parallel ablaufenden Umformprozesse zeitlich überlappen.
Prinzipiell sind beliebige Kombinationen der gleichzeitigen und der zeitversetzten Zündung an einem und/oder mehreren Werkzeugen der Vorrichtung möglich. So lässt sich das Verfahren gut an unterschiedliche Produktionsanforderungen anpassen. Die Grundidee, die Ausbreitung von Detonationsfronten über eine zeitlich variable Zündung an einer oder mehreren Stellen des Werkzeugs zu steuern und so das Umformergebnis zu beeinflussen, wäre auch unabhängig von der Art der Zündung, ob mit Induktion oder anders, realisierbar.
Die Aufgabe wird ferner gelöst durch die Merkmale des Anspruchs 8.
Durch die Zündung mittels wenigstens eines Induktionselements lässt sich die Explosion in dem Werkzeug sowohl örtlich als auch zeitlich gut steuern. Das Induktionselement ist technisch gut realisierbar und erlaubt die induzierte Spannung und damit die erzeugte Wärme über die Flussdichte zu regeln. Dies ermöglicht gute Umformergebnisse mit gleichzeitig guter Vorhersagbarkeit und Wiederholgenauigkeit der Ergebnisse.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Induktionselement in einer Wandung des Werkzeugs angeordnet sein. Dies erlaubt eine kompakte Bauweise und ist technisch gut realisierbar. Günstigerweise kann das Induktionselement wenigstens ein in einem Explosionsraum des Werkzeugs angeordnetes Zündmittel aufweisen, in welchem eine Spannung induzierbar ist. Das Zündmittel kann so an seine Aufgabe, nämlich die Induktion und die Zündung gut an- gepasst werden.
In einer Variante der Erfindung kann das Zündmittel Wolfram und/oder Kupfer aufweisen. Dadurch kann eine gute Induktivität des Zündmittels sowie eine gute Stabilität gegenüber den Explosionskräften erzielt werden.
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung kann das Zündmittel wenigstens bereichsweise in den Explosionsraum hineinreichend angeordnet sein. So lässt sich die Spannung und damit die für die Zündung notwendige Wärme direkt in dem Explosionsraum induzieren.
Vorteilhafterweise kann das Zündmittel etwa ringartig um einen Explosionsraum des Werkzeugs angeordnet sein. So lässt sich eine Art Zündring in dem Explosionsraum ausbilden.
In einer weiteren Ausbildungsform der Erfindung kann das Zündmittel etwa fluchtend mit der Wandung des Explosionsraums angeordnet sein. Das Zündmittel lässt sich so technisch gut und platzsparend in das Werkzeug integrieren. Durch die fluchtende Anordnung können zudem die auf das Zündmittel wirkenden Explosionskräfte gering gehalten werden.
Günstigerweise kann der Innendurchmesser des Zündmittels etwa dem Innendurchmesser des Explosionsraums entsprechen. So lässt sich das Zündmittel gut in den Explosionsraum integrieren.
In einer Variante der Erfindung kann der Innendurchmesser des Zündmittels etwa 20 bis 40 mm, vorzugsweise etwa 25 bis 35 mm und insbesondere etwa 30 mm betragen. Dies hat sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen und gewährleistet gute Umformergebnisse.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Induktionselement wenigstens eine Spulenanordnung zum Induzieren einer Spannung in einem Zündmittel aufweisen, welche außerhalb des Explosionsraums des Werkzeugs angeordnet ist. So ist die Spule von außen gut zugänglich und vor der Explosion geschützt.
Günstigerweise kann die Spulenanordnung an einem außerhalb des Werkzeugs liegenden Bereich eines Zündfingers angeordnet sein. Dies ermöglicht eine einfache Montage, z. B. durch einfaches Aufschieben der Spulenanordnung auf den Zündfinger.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Spulenanordnung etwa ringartig um einen Explosionsraum des Werkzeugs angeordnet sein. Durch die radiale Anordnung der Spule lässt sich Spannung und damit Wärme, direkt im Explosionsraum induzieren.
In einer Variante der Erfindung kann das Induktionselement einen Isolator aufweisen, welcher das Zündmittel gegenüber dem Werkzeug isoliert. Das Werkzeug bleibt somit spannungsfrei.
Vorteilhafterweise kann das Induktionselement einen Isolator aufweisen, welcher die Spulenanordnung gegenüber dem Werkzeug isoliert. Das Werkzeug wird so vor Spannungsund Wärmeinduktion geschützt.
In einer günstigen Ausführungsform der Erfindung kann das Induktionselement eine Kühleinrichtung zum Kühlen des Zündmittels und/oder der Spulenanordnung aufweisen. Dadurch kann das Induktionselement vor Überhitzen geschützt werden. Außerdem lassen sich so die Abkühlzeiten des Induktionselements verringern.
In einer Variante der Erfindung kann die Kühleinrichtung als Kühlmittel Wasser aufweisen. Dies ist ein günstiges und gut verfügbares Kühlmittel.
Vorteilhafterweise kann die Kühleinrichtung als Kühlmittel Stickstoff aufweisen. Dieser gewährleistet eine gute Kühlleistung.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann das Induktionselement mit wenigstens einer Dichtung in dem Werkzeug angeordnet sein, welche den Explosionsraum gegenüber der Umgebung dichtet. So kann die Umgebung vor den direkten Auswirkungen der Explosion wie schlagartigem Druck- und Temperaturanstieg aber auch vor den Explosionsprodukten, wie z. B. Abgasen, geschützt werden.
Günstigerweise kann die Dichtung Kupfer aufweisen. Kupfer, insbesondere Kupfer- Beryllium-Legierungen, haben sich in der Praxis als vorteilhaft erwiesen, da sie gute Dichteigenschaften bei gleichzeitig guter Stabilität bieten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung kann das Induktionselement wenigstens einen Heizpunkt aufweisen. So lässt sich die Induktionswärme auf einen Punkt konzentrieren, von welchem die Explosion ausgehen soll. Dies hilft die Explosion örtlich präzise zu steuern.
In einer Variante der Erfindung kann der Heizpunkt in den Explosionsraum hineinragen. Diese Ausbildung des Heizpunkts erlaubt eine größere Heiz- bzw. Zündfläche.
Vorteilhafterweise kann der Heizpunkt etwa fluchtend mit einer Wandung des Explosionsraums angeordnet sein. So können die während der Explosion auf den Heizpunkt wirkenden Belastungen gering gehalten werden.
Im Folgenden werden Ausführungsformen der Erfindung anhand der vorliegenden Zeichnung beschrieben. Dabei zeigen:
Figur 1 eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Explosionsumformen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 2 einen Schnitt ll-ll durch das Werkzeug der Vorrichtung aus Figur 1 im Bereich des Induktionselements,
Figur 3 einen Schnitt durch das Induktionselement gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
Figur 4 einen Schnitt durch das Induktionselement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung und Figur 5 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung mit mehreren Werkzeugen gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung.
Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Vorrichtung zum Explosionsumformen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Die Vorrichtung 1 weist ein mehrteiliges Werkzeug 2 mit einem Umformmittel 3 und einem Zündrohr 4 auf. Das Umformmittel 3 weist eine der späteren Werkstückform entsprechende Kavität 42 auf, welche hier mit einer strichpunktierten Linie angedeutet ist. In der Kavität 42 ist ein durch eine gepunktete Linie angedeutetes Werkstück 5 angeordnet.
Das Zündrohr 4 ist aus einem schlecht oder nur mäßig wärmeleitenden Material wie z. B. aus 1.4301 Stahl gefertigt und weist in seinem Inneren einen Explosionsraum 6 auf. In dem hier gezeigten zusammengesetzten Zustand des mehrteiligen Werkzeugs 2 steht der Explosionsraum 6 mit der Kavität 42 in dem Umformmittel 3 in Verbindung.
Der Explosionsraum 6 des Zündrohrs 4 ist über einen Anschluss 7 mit einem Explosionsmittel 8 befüllbar. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist das Explosionsmittel 8 ein explosives Gasgemisch, nämlich Knallgas. Alternativ können, je nach Anwendungsfall, beliebige unterschiedliche Explosionsmittel, also auch Fluide oder Feststoffe, Verwendung finden. Der Anschluss 7 ist dann dementsprechend ausgebildet.
In der Wandung 9 des Zündrohrs 4 ist ein Induktionselement 10 angeordnet. Dieses fungiert als Zündmechanismus für das Explosionsmittel 8. Es weist ein Zündmittel 11 und eine Spulenanordnung 12 auf. In diese Ausführungsform der Erfindung ist das Zündmittel 11 aus einer Wolfram und Kupfer aufweisenden Legierung gefertigt und als Zündfinger 13 ausgebildet. Es erstreckt sich durch die Wandung 9 des Zündrohrs 4 in den Explosionsraum 6 hinein. Alternativ kann das Zündmittel 11 auch aus einem Material bestehen, welches nur eines der beiden Elemente Kupfer oder Wolfram aufweist. Prinzipiell eignen sich für das Zündmittel 11 induktiv erwärmbare Materialien, welche vorzugsweise wasserstoffbeständig und zunderfrei sind. Die Spulenanordnung 12 ist hier außerhalb des Werkzeugs, auf dem Zündfinger 13 angeordnet. Figur 2 zeigt den Aufbau des Induktionselements 10 genauer. In dieser Ausführungsform der Erfindung weist das Werkzeug 2 nur ein Zündrohr 4 auf. Alternativ könnte es jedoch auch mehrere Zündrohre, z. B. wie hier gestrichelt dargestellt ein zusätzliches Zündrohr 4' aufweisen. Das zusätzliche Zündrohr 4' entspricht in seinem Aufbau dem ersten Zündrohr 4. Alternativ könnte es jedoch auch davon abweichen, z. B. in dem das Induktionselement 10' an einer anderen Stelle des Zündrohrs 4' angeordnet ist oder in dem das Induktionselement 10' anders, z. B. entsprechend Figur 3, ausgebildet ist. In anderen Ausführungsformen der Erfindung können auch mehrere Induktionselemente an einem Zündrohr vorgesehen sein.
Figur 2 zeigt einen Schnitt H-Il durch das Induktionselement 10 der Vorrichtung 1 aus Figur 1. Die in Figur 2 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in Figur 1 , so dass diesbezüglich auf die Beschreibung der Figur 1 verwiesen wird. Das Zündmittel 11 des Induktionselements 10 ist etwa stabartig als Zündfinger 13 ausgebildet und ist wenigstens bereichsweise in den Explosionsraum 6 hineinragend angeordnet. Der Zündfinger 13 ist an seinem, dem Explosionsraum 6 zugewandten Ende 14 etwa pilzartig ausgeformt. Über einen Absatz 15 ist der Zündfinger 13 form- und/oder kraftschlüssig in der Wandung 9 angeordnet.
Das Induktionselement 10 weist ferner einen elektrischen Isolator 19 auf, welcher den Zündfinger 13 gegenüber dem Zündrohr 4 des Werkzeugs 2 isoliert. In diesem Fall ist der Isolator 19 zwischen dem Zündfinger 13 und der Wandung 9 angeordnet und gleichzeitig als Wärmeisolator ausgebildet.
Die Spulenanordnung 12 ist in dieser Ausführungsform etwa ringartig um einen außerhalb des Werkzeugs 2 bzw. der Wandung 9 liegenden Bereich 16 des Zündfingers 13 angeordnet. Über die Spulenanordnung 12 ist eine Spannung in dem Zündfinger 13 induzierbar. Die Feldstärke der Spule ist über die Anzahl der Wicklungen 22 einstellbar.
Zwischen der Spulenanordnung 12 und dem Werkzeug 2 bzw. der Wandung 9 weist das Induktionselement 10 ebenfalls einen elektrischen Isolator 17 auf, welcher die Spulenanordnung 12 gegenüber dem Werkzeug 2 isoliert. Auch dieser Isolator kann gleichzeitig als Wärmeisolator ausgebildet sein. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung können die Isolatoren 17, 19 auch einstückig ausgebildet sein. Die Spulenanordnung 12 ist mittels einer Mutter 18 gegen den Absatz 15 des Zündfingers 13 kraftschlüssig verspannt. So ist das Induktionselement kraft- und/oder formschlüssig in dem Zündrohr 4 befestigt.
Das Induktionselement 10 ist mit einer Dichtung 20 in der Wandung 9 angeordnet. Diese dichtet den Explosionsraum 6 im Innern des Zündrohrs 4 gegenüber der Umgebung. Die Dichtung 20 ist kupferhaltig und in dieser Ausführungsform aus einer Kupfer-Beryllium- Legierung gefertigt. Sie ist hier zwischen dem Isolator 19 und der Wandung 9 angeordnet und dichtet diese Schnittstelle gasdicht. Die Schnittstelle zwischen dem Zündfinger 13 und dem Isolator 19 weist eine Presspassung auf und ist ebenfalls gasdicht.
Das Induktionselement 10 weist in dieser Ausführungsform der Erfindung auch eine Kühleinrichtung 43 auf. Über eine Kühlleitung 44 kann der Kühleinrichtung 43 ein Kühlmittel zugeführt werden. Je nach Anwendungsfall können hierfür unterschiedliche Kühlmittel wie z. B. Wasser oder Stickstoff Verwendung finden. Auch Kühlmittelgemische oder Fluide mit einem Kühlmittelzusatz sind möglich.
Figur 3 zeigt einen Schnitt durch ein Induktionselement 10 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die in Figur 3 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in den Figuren 1 und 2, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung der Figuren 1 und 2 verwiesen wird.
Das Induktionselement 10 ist hier etwa ringartig um den Explosionsraum 6 angeordnet. Es weist auch in dieser Ausführungsform ein Zündmittel 11 , eine Spulenanordnung 12 sowie Isolatoren 21 auf. Das Induktionselement 10 ist hier ebenfalls mit einer Dichtung 20 in dem Werkzeug 2 bzw. der Wandung 9 des Zündrohrs 4 angeordnet, welche den Explosionsraum 6 gegenüber der Umgebung dichtet.
Das Zündmittel 11 ist in dieser Ausführungsform der Erfindung etwa in Form einer Hülse ausgebildet und ringartig um den Explosionsraum 6 angeordnet. Die Längsachse 23 des Zündmittels 11 fällt dabei in etwa mit der Längsachse 24 des Explosionsraums 6 zusammen. Die innere, dem Explosionsraum 6 zugewandte Fläche 25 des Zündmittels 11 fluchtet etwa mit der Wandung 9, welche den Explosionsraum 6 begrenzt. Das heißt der Innendurchmesser 26 des Zündmittels 11 entspricht in etwa dem Innendurchmesser 27 des Explosionsraums 6. Der Innendurchmesser 26 beträgt hier 30 mm. Dieser Durchmesser hat sich in der Praxis als günstig erwiesen. Alternativ kann der Innendurchmesser 26 im Bereich von 20 bis 40 mm und insbesondere im Bereich vom 25 bis 35 mm liegen. Auch hier ist das Zündmittel 11 aus einer Legierung gefertigt, welche Wolfram und/oder Kupfer aufweist.
Die Spulenanordnung 12 umgibt den Explosionsraum 6 ebenfalls ringartig. Sie ist etwa konzentrisch zu dem Explosionsraum 6 und dem Zündmittel 11 angeordnet.
Das Zündmittel 11 und die Spulenanordnung 12 sind mit Hilfe wenigstens eines elektrischen Isolators gegenüber der Wandung 9 elektrisch isoliert. In dieser Ausführungsform der Erfindung sind zwei Isolatoren 21 vorgesehen. Sie sind jeweils zwischen der Wandung 9 und dem Zündmittel 11 und der Spulenanordung 12 angeordnet. Das heißt das Zündmittel 11 und die Spulenanordnung 12 befinden sich zwischen den beiden Isolatoren 21.
Die Schnittstellen zwischen dem Zündmittel 11 und den Isolatoren 21 weisen jeweils eine Dichtung 37 auf, welche den Explosionsraum 6 gegenüber der Umgebung dichtet. Auch diese Dichtung ist aus einer Kupfer-Beryllium-Legierung gefertigt. Alternativ kommen hierfür auch andere kupferhaltige Materialien in Frage.
Das gesamte Induktionselement 10 ist analog zu der ersten Ausführungsform mit einer Kupfer-Beryllium-Dichtung 20 in der Wandung 9 angeordnet, welche den Explosionsraum 6 gegenüber der Umgebung dichtet. Hier ist die Dichtung 20 zweitig ausgebildet. Die Dichtungsteile sind zwischen einem Isolator 21 und der Wandung 9 vorgesehen.
Figur 4 zeigt einen Schnitt durch ein Induktionselement gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung. Die in Figur 4 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in den Figuren 1 bis 3, so dass diesbezüglich auf die Figuren 1 bis 3 verwiesen wird. Auch in Figur 4 ist das Induktionselement 10 über eine Kupfer-Beryllium-Dichtung 20 in der Wandung 9 des Zündrohrs 4 angeordnet. Das Zündmittel 11 ist hier mit relativ kleinen Abmaßen als Heizpunkt 28 ausgebildet. Der Heizpunkt 28 hat in dieser Ausführungsform eine etwa runde, scheibenartige Gestalt, mit relativ geringem Durchmesser. Er muss aber nicht zwangsweise diese Gestalt aufweisen. In anderen Ausführungsformen der Erfindung kann der Heizpunkt 28 auch eckig, oval oder von beliebiger anderer Gestalt sein.
Die innere, dem Explosionsraum zugewandte Fläche 25 des Zündmittels 11 bzw. des Heizpunkts 28 verläuft auch in dieser Ausführungsform etwa bündig mit der Wandung 9. Alternativ könnte der Heizpunkt 28 auch wenigstens bereichsweise in den Explosionsraum 6 hineinragen. Zum Beispiel indem die Innenfläche 25 gewölbt ausgebildet ist, wie durch die gepunktete Linie angedeutet.
Die Spulenanordnung 12 ist dem Heizpunkt 28 nachgeschaltet. Sie befindet sich auf der dem Explosionsraum 6 abgewandten Seite 29 des Heizpunkts 28. In dieser Ausführungsform der Erfindung ist die Spulenanordnung 12 etwa konzentrisch zu dem Heizpunkt 28 angeordnet. Über die Leitung 30 ist die Spulenanordnung 12 mit Energie versorgt.
Die Spulenanordnung 12 und der Heizpunkt 28 sind mit einer Isolatorschicht 31 umgeben, welche den Heizpunkt 28 und die Spulenanordnung 12 gegenüber dem Werkzeug 2 elektrisch isoliert.
Des weiteren weist das Induktionselement 10 in dieser Ausführungsform der Erfindung ein Aufnahmeelement 32 auf, welches in der Wandung 9 des Zündrohrs 4 angeordnet ist. Die oben beschriebene Anordnung aus Heizpunkt 28, Spulenanordnung 12 und Isolatorschicht 31 ist in dem Aufnahmeelement 32 angeordnet. Das Aufnahmeelement 32 weist an seinem, dem Explosionsraum 6 zugewandten Ende 33 wenigstens eine konische Fläche 34 auf, welche an wenigstens einer entsprechenden, konisch geformten Fläche 35 in der Wandung 9 des Zündrohrs 4 anliegt. Die konische Fläche 34 vergrößert den Umfang des Aufnahmeelements 32 in diesem Bereich. Die Schnittstelle zwischen den konischen Flächen 34, 35 ist mit der Kupfer-Beryllium-Dichtung 20 gedichtet, mit welcher das Induktionselement 10 in der Wandung 9 angeordnet ist. Die beiden konischen Flächen 34, 35 bilden so eine Art Kegelsitz aus. In einer Variante der Erfindung kann das Aufnahmeelement 32 auch als Ventilelement fungieren. Dafür ist das Aufnahme- bzw. Ventilelement 32 entlang seiner Längsachse 45 beweglich in der Wandung 9 angeordnet. Durch die axiale Bewegung des Aufnahmeelements 32 in Richtung des Explosionsraums 6 lässt sich ein unter anderem aus den beiden konischen Flächen 34, 35 bestehendes Ventil öffnen. Über diesen Weg kann z. B. das Explosionsmittel 8 oder ein beliebiges anderes für den Umformprozess nötiges Material in den Explosionsraum 6 und somit in das Werkzeug 2 eingebracht werden.
Die dem Explosionsraum 6 zugewandte Fläche 33 des Aufnahmeelements 32 ist etwa fluchtend mit der Wandung 9 und der inneren Fläche 25 des Heizpunkts 28 angeordnet.
Obwohl die Vorrichtung 1 bisher anhand eines Werkzeugs beschrieben wurde kann die Vorrichtung 1 auch mehrere Werkzeuge aufweisen. Figur 5 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 1 mit mehreren Werkzeugen 2a bis 2d. Die in Figur 5 verwendeten Bezugszeichen bezeichnen dieselben Teile wie in den Figuren 1 bis 4, so dass diesbezüglich auf die Beschreibung der Figuren 1 bis 4 verwiesen wird.
Die Werkzeuge 2a bis 2d der Vorrichtung 1 entsprechen in ihrem Aufbau dem in Figur 1 gezeigten Werkzeug 2 und die Induktionselemente 10a bis 10d entsprechen in ihrem Aufbau dem in Figur 2 gezeigten Induktionselement 10.
Figur 5 zeigt eine mögliche Anordnung der Werkzeuge 2a bis 2d. Diese sind hier so positioniert, dass die Induktionselemente 10a bis 10d zu einem durch die Werkzeuge 2a bis 2d eingefassten zentralen Bereich zeigen. Die Leitungen 30 sind hier an eine zentrale Energieversorgung 36 angeschlossen. So lassen sich die zur Verfügung stehenden Ressourcen wie Platz, elektrische und andere Anschlüsse usw. gut nutzen. Auch die angedeuteten Kühlleitungen 44 können so zentral versorgt werden.
Andere Varianten der Erfindung können auch eine beliebige andere Anzahl an Werkzeugen in einer beliebigen, den jeweiligen Produktionsanforderungen angepassten Anordnung aufweisen. Insbesondere können ein oder mehrere Werkzeuge auch mehrere Induktionsmittel aufweisen. Die Induktionsmittel 10 können dabei, wie in Figur 1 gestrichelt angedeutet, an jeweils unterschiedlichen Zündrohren 4, 4' oder an einem einzelnen Zündrohr 4 angeordnet sein.
Im Folgenden wird die Funktionsweise der in den Figuren 1 bis 5 gezeigten Ausführungsformen beschrieben.
Das Werkstück 5 wird in der Kavität 42 des Umformmittels 3 angeordnet. Anschließend wird das Werkzeug 2 in einen in Figur 1 dargestellten geschlossenen Zustand gebracht.
Zum Explosionsumformen des Werkstücks 5 in dem Werkzeug 2 wird das Werkzeug 2 zunächst mit dem Explosionsmittel 8 befüllt. Dies kann zum einen über den in Figur 1 gezeigten Anschluss 7 erfolgen, über welchen in diesem Fall Knallgas in den Explosionsraum 6 des Zündrohrs 4 eingebracht wird. In anderen Ausführungsformen der Erfindung, wie z. B. der in Figur 4 gezeigten dritten Ausführungsform, kann das Befüllen des Werkzeugs 2 mit dem Explosionsmittel 8 auch über das Induktionselement 10 erfolgen. Hierfür wird das als Ventilelement ausgebildete Aufnahmeelement 32 in Richtung des Explosionsraums 6 bewegt. Dadurch entfernt sich die konische Fläche 34 von der konischen Fläche 35 und der Dichtung 20. Durch die entstehende Öffnung kann das Explosionsmittel 8 in den Explosionsraum 6 eingebracht werden.
Ist das Werkzeug 2 mit einer vorbestimmten Menge des Explosionsmittels 8 gefüllt wird der Anschluss 7 in Figur 1 geschlossen bzw. die Flächen 34 und 35 in Figur 4 zur Anlage gebracht und der Explosionsraum 6 gasdicht verschlossen.
Zum Zünden des Explosionsmittels 8 in dem Explosionsraum 6, wird über die Spulenanordnung 12 eine Spannung in dem Zündmittel 11 erzeugt. Hierfür wird die Spulenanordnung 12 über die elektrische Leitung 30 mit Strom versorgt. Die in dem Zündmittel 11 induzierte Spannung führt zu einer Erwärmung des Zündmittels 11. Bei Erreichen einer bestimmten Temperatur, zündet das Explosionsmittel 8 bzw. das Knallgas in dem Explosionsraum 6 und explodiert.
Bei der Explosion des Explosionsmittels 8 entsteht innerhalb kurzer Zeit eine relativ große Druckänderung, welche relativ große Kräfte auf das Zündrohr 4 und das Induktionselement 10 ausübt, sowie eine relativ große Temperaturerhöhung. Die Schnittstelle des Induktionselements 10 mit dem Zündrohr 4 wird auch während dieser schlagartigen, dynamischen Belastung durch die Dichtung 20 gedichtet. Auch die Schnittstellen zwischen den einzelnen Bauteilen des Induktionselements 10 sind gasdicht gedichtet. Die Schnittstellen des Zündmittels 11 mit dem Isolator 19 in Figur 1 wie auch die Schnittstellen des Zündmittels 11 und der Spulenanordnung 12 mit der Isolatorschicht 31 sowie der Isolatorschicht 31 mit dem Aufnahmeelement 32 in Figur 4 sind über eine Presspassung gedichtet. Alternativ könnten die einzelnen Bauteile auch gasdicht miteinander verbunden sein z. B. durch ein Gewinde, Verkleben, Verschweißen oder Ähnliches. Die Schnittstellen des Zündelements 2 mit den Isolatoren 21 in Figur 2 sind durch die Dichtungen 37 gedichtet. Dies gewährleistet zum einen einen guten Druckaufbau in dem Zündrohr 4 und schützt zum anderen die Umgebung außerhalb des Werkzeugs 2 vor den direkten Auswirkungen der Explosion, wie z. B. Druck- und Temperaturänderungen, sowie vor den eventuell schädlichen Explosionsprodukten, wie z. B. Abgasen.
Durch die Detonation entstehen je nach Ausbildung des Zündrohrs 4 und des Zündmittels
11 eine oder mehrere Detonationsfronten 38. Die Detonationsfront 38 breitet sich prinzipiell ausgehend von einer Zündstelle 39 sphärisch aus. Erfolgt die Zündung punktuell in der Wandung 9, wie in den Figuren 2 und 4 dargestellt, heißt das, dass sich ein Teil 40 der Detonationsfront 38 ausgehend von der Zündstelle 39 in Richtung des Werkstücks 5 bewegt. Ein anderer Teil 41 der Detonationsfront 38 bewegt sich dagegen von dem Werkstück 5 weg, wie in Figur 2 dargestellt. Die Ausbreitung und der Verlauf der Detonationsfronten kann über die Ausformung und die Position des Zündmittels 11 in dem Werkzeug 2 bzw. in dem Zündrohr 4 mitbestimmt werden.
Ist das Zündrohr 5 so ausgebildet, dass der zweite Teil 41 der Detonationsfront 38 reflektiert wird, wenn er am Ende des Zündrohrs 4 angelangt ist, lassen sich so z. B. zwei Detonationsfronten 40, 41 erzeugen, welche sich zeitlich versetzt über das Werkstück 5 hinwegbewegen. Der zeitliche Versatz der beiden Detonationsfronten 40, 41 lässt sich über die Position des Zündmittels 11 und die Form des Zündrohrs 4 steuern.
Weist das Werkzeug 2 dagegen mehrere Induktionsmittel 10 und damit Zündmittel 11 auf, wie in Figur 1 gestrichelt angedeutet, kann die Zündung des Explosionsmittels 8 an mehre- ren Stellen des Werkzeugs 2 erfolgen. Hierfür können alle Induktionselemente 10 gleichzeitig oder zeitversetzt bestromt werden. So lassen sich z. B. mehrere Detonationsfronten innerhalb eines Werkzeugs 2 erzeugen. In der in Figur 1 gezeigten Ausführungsform mit dem gestrichelt angedeuteten zusätzlichen Zündrohr 4', können so z. B. zwei Detonationsfronten erzeugt werden, die sich aufeinander zu bewegen und sich an einer vorbestimmten Stelle in dem Werkzeug 2 treffen. So lässt sich das Umformergebnis beeinflussen.
Durch die Explosion wird das Werkstück 5 in die Kavität 42 des Umformmittels 3 des Werkzeugs 2 gepresst und so umgeformt. Die Explosionsprodukte, wie z. B. Abgase, können anschließend über den Anschluss 7 bzw. über ein als Ventilelement ausgebildetes Aufnahmeelement 32 oder über einen separaten Anschluss aus dem Explosionsraum 6 abgeführt werden.
Zwischen den einzelnen Zündvorgängen kann das Induktionselement 10 über die Kühlvorrichtung 43 gekühlt werden. Hierfür wird ein Kühlmittel durch die Kühlleitung 44 in die Kühleinrichtung 43 geleitet. Die Kühlung kann z. B. schon direkt nach dem Zünden des Explosionsmittels 8 erfolgen. Dadurch lässt sich die Abkühlzeit des Induktionsmittels 10 verkürzen und es ist schneller wieder einsatzbereit. So kann die Zeit, innerhalb welcher zwei aufeinanderfolgende Zündungen möglich sind, verkürzt werden. Je nach Ausführungsform der Erfindung wird dabei das Zündmittel 11 und eventuell auch die Spulenanordnung 12 gekühlt.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zum Explosionsumformen, wobei wenigstens ein Werkstück (5) in wenigstens einem Werkzeug (2) angeordnet und mittels eines zu zündenden Explosionsmittels (8) umgeformt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Explosionsmittel (8) mit Hilfe von Induktion gezündet wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Induktionselement (10) wenigstens zeitweise gekühlt wird.
3. Verfahren wenigstens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Kühlen zwischen aufeinander nachfolgenden Zündungen erfolgt.
4. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Explosionsmittel (8) an mehreren Zündstellen (39) eines Werkzeugs (2) gezündet wird.
5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Explosionsmittel (8) an jeweils wenigstens einer Zündstelle (39) mehrerer Werkzeuge (2) gezündet wird.
6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Explosionsmittel (8) an mehreren Zündstellen (39) gleichzeitig gezündet wird.
7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Explosionsmittel (8) an mehreren Zündstellen (39) zeitversetzt gezündet wird.
8. Vorrichtung (1) zum Explosionsumformen, insbesondere zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruchi , mit wenigstens einem Werkzeug (2), in welchem wenigstens ein Werkstück (5) anordenbar ist, und einer Zündanordnung (10), mit welcher ein Explosionsmittel (8) in dem Werkzeug (2) entzündbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Zündanordnung (10) mindestens ein Induktionselement (10) aufweist.
9. Vorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) in einer Wandung (9) des Werkzeugs (2) angeordnet ist.
10. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) wenigstens ein in einem Explosionsraum (6) des Werkzeugs (2) angeordnetes Zündmittel (11) aufweist, in welchem eine Spannung induzierbar ist.
11. Vorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmittel (11) Wolfram und / oder Kupfer aufweist.
12. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmittel (11) wenigstens bereichsweise in den Explosionsraum (6) hineinreichend angeordnet ist.
13. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmittel (11) etwa ringartig um einen Explosionsraum (6) des Werkzeugs (2) angeordnet ist.
14. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmittel (11) etwa fluchtend mit der Wandung (9) des Explosionsraums (6) angeordnet ist.
15. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (26) des Zündmittels (11) etwa dem Innendurchmesser (27) des Explosionsraums (6) entspricht.
16. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Innendurchmesser (26) des Zündmittels (11) etwa 20 bis 40 mm, vorzugsweise etwa 25 bis 35 mm und insbesondere etwa 30 mm beträgt.
17. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) wenigstens eine Spulenanordnung (12) zum Induzieren einer Spannung in einem Zündmittel (11) aufweist, welche außerhalb des Explosionsraums (6) des Werkzeugs (2) angeordnet ist.
18. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (12) an einem außerhalb des Werkzeugs (2) liegenden Bereich (16) eines Zündfingers (13) angeordnet ist.
19. Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenanordnung (12) etwa ringartig um einen Explosionsraum (6) des Werkzeugs (2) angeordnet ist.
20. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) einen Isolator (19, 21 , 31) aufweist, welcher das Zündmittel (11) gegenüber dem Werkzeug (2) isoliert.
21. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) einen Isolator (17, 21 , 31) aufweist, welcher die Spulenanordnung (12) gegenüber dem Werkzeug (2) isoliert.
22. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 21 , dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) eine Kühleinrichtung (43) zum Kühlen des Zündmittels (11) und / oder der Spulenanordnung (12) aufweist.
23. Vorrichtung (1) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (43) als Kühlmittel Wasser aufweist
24. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 22 oder 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Kühleinrichtung (43) als Kühlmittel Stickstoff aufweist
25. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) mit wenigstens einer Dichtung (20) in dem Werkzeug (2) angeordnet ist, welche den Explosionsraum (6) gegenüber der Umgebung dichtet.
26. Vorrichtung (1) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (20) Kupfer aufweist.
27. Vorrichtung (1) nach wenigstens einem der Ansprüche 8 bis 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Induktionselement (10) wenigstens einen Heizpunkt (28) aufweist.
28. Vorrichtung (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizpunkt (28) in den Explosionsraum (6) hineinragt.
29. Vorrichtung (1) nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass der Heizpunkt (28) etwa fluchtend mit einer Wandung (9) des Explosionsraums (6) angeordnet ist.
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