WO2009143847A1 - Verbindungsverfahren für werkstücke - Google Patents

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WO2009143847A1
WO2009143847A1 PCT/DK2009/000119 DK2009000119W WO2009143847A1 WO 2009143847 A1 WO2009143847 A1 WO 2009143847A1 DK 2009000119 W DK2009000119 W DK 2009000119W WO 2009143847 A1 WO2009143847 A1 WO 2009143847A1
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WO
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workpiece
detonation
medium
partially
subregions
Prior art date
Application number
PCT/DK2009/000119
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Lars Otten
Herbert Olivier
Original Assignee
Danfoss A/S
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Danfoss A/S filed Critical Danfoss A/S
Publication of WO2009143847A1 publication Critical patent/WO2009143847A1/de

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Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K20/00—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating
    • B23K20/06—Non-electric welding by applying impact or other pressure, with or without the application of heat, e.g. cladding or plating by means of high energy impulses, e.g. magnetic energy
    • B23K20/08—Explosive welding

Definitions

  • the invention relates to a method for connecting at least two subregions of at least one workpiece, in which at least a first subregion of a workpiece is at least partially pressed onto at least one second subregion of a workpiece by means of a pressure wave generated by the detonation of a detonation medium.
  • the invention further relates to an article which has at least two interconnected subregions of at least one subassembly.
  • connection methods In order to fasten two partial areas of a workpiece to each other (for example, to fasten the two edges of a plate bent into a cylinder together) or to connect two different workpieces with each other, a variety of connection methods are known.
  • connection it is known to form a connection using additional connecting means.
  • Such connecting means may be, for example, screws or rivets.
  • additional connecting means With the aid of such additional connecting means, the parts to be joined together are ultimately, as a rule, positively connected to each other.
  • connection can be realized by providing the corresponding regions with a shaping, so that the corresponding subregions of the workpiece (s) interlock with one another in such a way that they are connected to one another during a normal loading of the workpiece such that they do not separate from one another , Such a connection usually leads to a so-called positive connection.
  • a cohesive connection can be in the form of a welded connection.
  • the two workpiece subregions connected to one another and the material optionally additionally added in the connecting region consist at least essentially of the same material.
  • the actual connection is usually realized by a local temperature increase.
  • Different methods are known to enter the required heat energy in the connection area. For example, electric arcs, a flame (for example, an oxygen-acetylene-gas mixture flame), an electrically operated heating element, an electron beam, a laser beam, a frictional heat generating device, etc. may be used.
  • the heat energy thus introduced into the connection region usually leads, at least in some areas, to softening or melting of the materials.
  • soldering process a material which deviates from at least one of the materials to be connected to one another.
  • soldering process a material which deviates from at least one of the materials to be connected to one another.
  • connection area heated locally.
  • at least one of the materials involved is at least partially softened or melted.
  • the same heat input methods as in welding can be used.
  • gluing Another possibility for cohesive connection of two materials is the so-called gluing.
  • the regions to be joined together are usually connected to one another using a separate bonding material, the adhesive.
  • the adhesive is usually applied in liquid or pasty form and cures after a certain time to form a firm bond.
  • the curing can For example, by evaporation of a solvent or by a chemical reaction (for example, in two-component adhesives with each other or in Einkomponentenklebern by chemical reaction with atmospheric oxygen).
  • adhesion promoters there are bonding methods in which at least a certain part of the curing process is carried out by an externally applied activation energy. This may be, for example, exposure to light or heating of the adhesive material.
  • connection methods For example, rivets or screws are often used to structurally reinforce welds, solder joints or glued joints.
  • positive connections are additionally secured by screws or rivets or by material connection methods.
  • detonation bonding methods For soldering or welding of materials or material pairings that can not otherwise be soldered or welded, so-called detonation bonding methods have also been known for many years.
  • detonation soldering or detonation welding the areas to be joined are arranged adjacent to one another.
  • One of the areas to be joined is provided with an explosive coating.
  • solid or pasty explosives are usually applied flat on the corresponding surface area.
  • the explosive is ignited, for example by a primer. Due to the released detonation energy of the explosive, the areas to be joined are pressed together and there is a connection of the materials.
  • the detonation front of the explosive spreads from the ignition area over the entire explosive area.
  • the explosive is applied directly to one of the materials to be bonded together.
  • Most solid explosives have a detonation speed between 2,000 and 4,000 meters per second.
  • the detonation velocity is thus usually below the speed of sound in solids, or in the range of the velocity of sound in solids, including the explosive material itself. According to the literature, it is even imperative that the detonation velocity be less than the speed of sound of the "slowest metal".
  • a major problem with detonation bonding processes is the associated cost. These are in particular due to the fact that the handling of explosives is dangerous and high security requirements. Also, the application of the explosive to the corresponding workpiece areas must be done very carefully. Air pockets must be avoided.
  • EP 0 516 080 A2 describes a method for generating a liquid pressure pulse, in which an ignitable gas mixture is ignited.
  • the detonation waves emanating from the gas mixture act on a liquid where they generate fluid pressure waves. These are steered onto a workpiece.
  • the document DE 39 29 492 relates, as shown in Fig. 1, a method for manufacturing an inner lining of a pipe, wherein a detonation in the pipe welded to the lining with the inside of the tube.
  • An alternative embodiment relates to the design of a workpiece, wherein, as shown in Fig. 2, an explosive charge, mounted in a liquid, in a Eksplosion transmits the pressure wave on the diesstechniksikgkeit on a mold for shaping the workpiece.
  • DD 98048 describes a system having a tube closed at one end, wherein a gas explosion causes a detonation wave out of the tube. This is proposed in practice for use in the stamping of large products, the cleaning of sinter after the thermal treatment as well as for spherulitating the particles of flowable powders of various high-melting and low-temperature materials as well as in equipment for detonation processing of materials.
  • the object of the invention is to propose an improved detonation connection method.
  • a method for connecting at least two subregions of at least one workpiece wherein at least a first portion of a workpiece by means of a pressure wave generated by the detonation, alternatively by the explosion, a detonation medium, alternatively an explosion medium, at least partially on at least a second Operabe - Of a workpiece is pressed to perform such that in a coupling medium, which contacts at least one of the subregions of the at least one workpiece, the pressure wave is present as a shock wave.
  • a detonation media explosive media
  • the subregions are two or more subregions of one and the same workpiece Sheet metal can then be bent into a cylinder jacket or a tank, whereby the connecting areas are then connected to one another by means of the proposed method, but it is also possible to connect portions of different workpieces with one another by means of the proposed method
  • the subregions to be interconnected preferably comprise a metal alloy or a metal alloy
  • the detonation medium (explosive medium) may be any one or more subregions of a first workpiece having at least one subregion of an at least second workpiece act ies ignitable mixture, so to one Solid, to a pasty material, to a liquid, to a gas or a mixture of different Einzeldonationsmedien.
  • the preferred embodiment is a gas detonation, with the advantages that no explosive materials with subsequent safety risk in the system are applied, and that it is possible by gaseous additives to vary the speed of the detonation wave in a certain range.
  • gaseous additives for example, it is well known to use argon and helium. No explosive materials are placed in a liquid, but a pressure wave or shock wave is transmitted via a Detionationswelle.
  • the pressure wave generated by the detonation medium can act in any way on one, on two or more of the subregions to be connected to one another. As a rule, it proves to be sufficient and particularly advantageous in terms of cost, if the pressure wave generated by the detonation medium (explosion medium) essentially acts only on a partial area.
  • the detonation energy (explosion energy) generated by the detonation medium (explosion medium) it is proposed, unlike the prior art, that the pressure wave be present in the coupling medium as a shockwave.
  • a shock wave is defined by the fact that the speed of propagation of the shock wave is greater than the speed of sound in the medium concerned.
  • the speed of propagation of shock waves is not only greater than the speed of sound in the corresponding medium, but is often a multiple of this.
  • the shock wave velocity can be 1, 1, 1, 2, 1, 3, 1, 4, 1, 5, 1, 6, 1, 7, 1, 8 -fold, 1, 9, 2.0, 2.25, 2.5, 2.75, 3x, 3.5x, 4x, 4.5 be five times or five times the speed of sound.
  • the proposed method leads to an arbitrary connection of the two partial regions of the at least one workpiece. It is advantageous, however, if the connection is made liquid-tight and / or gas-tight. It can also be advantageous if the connection method leads to an at least zone-wise solder connection or welded connection of the at least two partial regions of the at least one workpiece.
  • the coupling medium can be any medium, it usually proves to be advantageous if the coupling medium has a fluid, preferably a gas.
  • the fluid may of course also be a liquid, a liquid-solid mixture (suspension), a liquid-gas mixture or a gas-solid mixture (smoke).
  • a fluid due to its flow properties, such a fluid can reach particularly easily any contact areas formed between detonation medium (explosive medium) and workpiece as well as other cavities.
  • the method can be carried out particularly simply, inexpensively and with a high quality.
  • the coupling medium and the detonation medium (explosion medium) causing the detonation (explosion) are the same. This can result in an even simpler, more cost-effective and user-friendly application of the connection method.
  • the detonation medium comprises a gas (or is a gas), which is in particular a gas mixture, preferably a mixture of oxygen and a reactant like propane or hydrogen.
  • connection method can be adapted to the respective workpiece subregions to be joined together.
  • a feedback which can be done for example by examining the already connected connection areas, is readily possible.
  • the coupling medium it is possible for the coupling medium to contact at least one of the subareas of the at least one workpiece directly and / or indirectly at least in regions.
  • a particularly low-damping and effective coupling of the detonation energy (explosion energy) into the relevant workpiece area can take place by direct contacting.
  • an indirect contact it is also possible with an indirect contact, to realize a targeted damping of the energy input, or to realize an energy input over a longer period of time (for example, when using an elastic intermediate medium).
  • direct and indirect contacting and special connection structures can be realized.
  • indirect contacting it is also possible, for example, to protect the relevant surface of the workpiece from an aggressive coupling medium. As a result, the bandwidth of possible coupling media (or detonation media / explosion media) can be further increased.
  • At least one of the subregions of the at least one workpiece at least partially has a flat, in particular plate-like, hollow-profile-like, profile-like, profile-jacket-like, cylindrical, wooden-cylindrical and / or cylinder jacket-like shaping.
  • Such shapes are particularly advantageous in connection with detonation bonding methods (explosion bonding methods), since the detonation can often also cause stretching or compression of material areas.
  • detonation bonding methods explosive bonding methods
  • the first partial region and the second partial region of the at least one workpiece are arranged spaced apart from one another at least in regions.
  • the partial region in contact with the coupling medium can be accelerated by the detonation energy (explosion energy) over a longer period of time before the relevant partial region impinges on the other partial region.
  • At least one cavity which is adjacent at least a portion of the at least one workpiece, is provided with a counterpressure-reducing filling, in particular with a vacuum.
  • a counterpressure-reducing filling in particular with a vacuum.
  • the acceleration can be particularly effective, since any counter-forces can be reduced to the unavoidable minimum.
  • the counterpressure-reducing filling can also be a particularly easily displaceable filling.
  • the cavity is a cavity which lies between the two subregions of the at least one workpiece to be connected to one another. In addition or as an alternative, however, it may also be a region which is present between a TeN region of the at least one workpiece and a housing surrounding the workpiece.
  • the detonation bonding method (explosion jointing method) can be used simultaneously to reshape the workpiece.
  • the detonation connection method (explosion connection method) also exclusively for a connection formation or exclusively for a deformation of the workpiece or a workpiece area.
  • the subregions of the at least one workpiece are formed at least partially different deformation resistant.
  • a different resistance to deformation can result in particular by a different material thickness. In this way, for example, very thin sheets can be connected with relatively thick materials. It can also be made possible by such a design that only one of the subregions is deformed in the course of the joining process, whereas the other subregion remains at least substantially undeformed.
  • At least a portion of the at least one workpiece at least partially supported by a supporting device is.
  • a support device By means of such a support device, deformation of the corresponding workpiece area in the course of the connection process can be prevented or limited to a defined value.
  • in the portion of the at least one workpiece supported by a supporting device it may not only be an area in which a connection with another material occurs, but also another area of the workpiece.
  • the detonation (explosion) is ignited by at least one ignition means which is taken from the group comprising glow plugs, heating wires, spark plugs, microwave-induced ignition elements, primers and laser-induced ignition elements.
  • ignition means By using such ignition means, the detonation (explosion) can emanate from a defined point. This can increase the quality of the connection.
  • a larger range of detonation means may be used, in particular detonation means (explosive means) which require a high activation energy for detonation.
  • the method can be carried out such that the detonation wave (explosion wave) acts on at least one of the workpieces progressively and / or at least in regions, at least in regions.
  • the detonation wave explosion wave
  • At least one propagation prevention means which prevents further propagation of detonation (explosion) of the detonation medium (explosive medium).
  • This can be a kind of wall (also a wall that will be destroyed in the course of the connection process). This makes it possible, for example, to reduce the consumption of detonation (explosive), since this must be provided only in such places where a connection is to be carried out.
  • It may prove to be particularly effective if the surfaces of the surface areas of the subregions of the at least one workpiece to be pressed against one another are at least substantially complementary to one another. This makes it possible, for example, that the areas to be joined together can each be arranged at a constant distance from each other. This can result in a particularly uniform, equally resilient connection surface.
  • At least the coupling medium and / or the detonation medium are present with an overpressure.
  • the density of the corresponding medium can be increased, so that the quality of the coupling can be increased and / or the detonation releasable by the detonation energy (explosion energy) can be increased.
  • connection of the subregions of the at least one workpiece is at least partially gas-tight, in particular integrally formed.
  • a connection fertil can be used particularly universally.
  • At least a portion of the at least one workpiece comprises a material taken from the group comprising iron, copper, aluminum, iron alloys, copper alloys, aluminum alloys, steel, brass and bronze.
  • the workpieces can be made of the same or of a similar material. In particular it is However, it is also possible that the workpieces are made of a different material.
  • an article which has at least two subregions of at least one subassembly connected to one another, and in which the subregions of the at least one subassembly have been connected to one another at least partially by means of the above-described method and its further development possibilities.
  • Such an article has the already described properties and advantages in an analogous manner.
  • the article has at least two interconnected assemblies.
  • the assemblies may consequently have been connected to one another by means of the method described above. This makes it possible, in particular, to produce articles from material pairings which hitherto can not or only insufficiently be produced.
  • Fig. 1 A first arrangement of a hollow profile and a workpiece before a connection by detonation
  • Fig. 2 the arrangement shown in Figure 1 after a connection by detonation.
  • FIG 3 shows a second arrangement of a pipe profile in a workpiece before a connection by detonation.
  • FIG. 1 shows a schematic cross-section of an ignition chamber 1, in which a workpiece 3 and a hollow profile 4 are arranged.
  • the outer contour 8 of the workpiece 3 and the inner contour 9 of the hollow profile 4 are corresponding designed to each other and each have a circular cross-section in the present embodiment shown.
  • the hollow profile 4 and the workpiece 3 have in the presently illustrated embodiment, an approximately equal wall thickness. So that the workpiece 3 does not excessively deform in the course of the detonation connection method, a support block 10 is arranged in the interior 11 of the workpiece 3.
  • workpiece 3 and hollow profile 4 have different wall thicknesses.
  • a workpiece 3 is used, which has a significantly greater wall thickness compared to the wall thickness of the hollow section 4.
  • a region A the workpiece 3 and the hollow profile 4 overlap one another.
  • the workpiece 3 and the hollow profile 4 are to be connected to each other.
  • the outer contour 8 of the workpiece 3 and the inner contour 9 of the hollow profile 4 are arranged at a distance C from each other.
  • the intermediate space 12 between the inner contour 9 of the hollow profile 4 and the outer contour 8 of the workpiece 3 can be evacuated.
  • a connection 5 is provided in the bottom wall of the ignition chamber 1, which can be connected to a vacuum pump.
  • a stopper 6 is arranged within the hollow profile 4 in a profile extension area B lying outside the connection area A.
  • the outer diameter of the plug 6 is substantially adapted to the inner contour 9 of the hollow section 4.
  • the outer contour of the plug 6 and the inner contour 9 of the hollow profile 4 are thus substantially flush with each other. If a detonation is ignited in the ignition chamber 1, the plug 6 counteracts a deformation of the hollow profile 4 in the profile extension area B. At the same time, the plug 6 as a vacuum seal for the
  • Intermediate space 12 serve, which is located between the inner contour 9 of the hollow section 4 and the outer contour 8 of the workpiece 3, and - as already mentioned - can be evacuated via a port 5. Because the outer contour of the stopper 6 and the inner contour 9 of the hollow profile 4 in the profile extension region B lie substantially flush against each other, no significant mechanical deformation of the hollow profile 4 occurs here.
  • the outer contour of the support block 10 and the inner contour of the workpiece 3 are substantially flush with each other. As a result, no appreciable mechanical deformation of the workpiece 3 occurs here.
  • the plug 6 has in the upper part of Fig. 1 a tapered shape 13 to a detonation wave (or one of the detonation set off shock wave or pressure wave, hereinafter essentially detonation wave as a common name) 7, which emanates from an ignition device 14, if possible to bring little resistance.
  • a detonation wave or one of the detonation set off shock wave or pressure wave, hereinafter essentially detonation wave as a common name
  • the ignition chamber 1 can be filled with an explosive fluid, such as in particular an explosive gas or an explosive gas mixture.
  • an explosive fluid such as in particular an explosive gas or an explosive gas mixture.
  • the cavity 15 of the ignition chamber 1 via a supply line 16, a stoichiometric oxygen-hydrogen mixture is supplied.
  • the oxygen-hydrogen mixture can be ignited by a spark plug 14.
  • a detonation wave 7 propagates in the cavity 15 of the ignition chamber 1.
  • the detonation wave 7 in the connection region A as a substantially flat detonation wave 7, which propagates in the axial direction of the workpiece 3 and the hollow section 4, are considered.
  • the detonation wave 7 is present as a shock wave, thus propagating at a greater velocity than corresponds to the speed of sound of an oxygen-hydrogen gas mixture.
  • the area of the detonation wave 7 there is a strong, local pressure increase.
  • the profile extension area B the hollow profile 4 is thus pressed against the outer contour of the plug 6. Due to the flush contact between the inner contour 9 of the hollow profile 4 and the outer contour of the plug 6 in the profile extension area B, however, there is no intimate, mechanical connection between the plug 6 and the hollow profile. 4
  • the hollow profile 4 can be deformed under the local pressure of the shock wave 7 in the gap 12 and thereby accelerated. Only after an acceleration distance C, which corresponds to the distance C between the inner contour 9 of the undeformed hollow profile 4 and the outer contour 8 of the undeformed workpiece 3, meet the opposing contours 8, 9 of the workpiece 3 and hollow profile 4 for the first time each other.
  • the kinetic energy which the hollow profile 4 has gained during this acceleration phase leads to an intimate, mechanical connection between the workpiece 3 and the hollow profile 4.
  • the intimate, mechanical connection acts on the one hand in a force- or form-fitting manner, but in particular also at least partially cohesively.
  • a non-positive or positive connection is not only at a macroscopic level (shaping of workpiece 3 and hollow section 4), but also at a microscopic level, in which in the connection region between the surfaces 8, 9 of the workpiece 3 and hollow section 4 wave-like Surface structures arise.
  • FIG. 2 shows the arrangement shown in FIG. 1 after the detonation when the detonation shaft 7 has completely traveled over the hollow profile 4 and has compressed the hollow profile 4 in the connection zone A in such a way that it is pressed intimately onto the workpiece 3.
  • Workpiece 3 and hollow section 4 are inextricably linked.
  • the plug 6 and the support block 10 from the hollow section 4 and the workpiece 3 can be pulled out.
  • a second embodiment of an ignition chamber 17 in which a tubular element 18 can be connected to a workpiece 19 by means of a detonation wave.
  • the outer contour 20 of the tubular element 18 and the inner contour 21 of the workpiece 19 are - analogous to the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 an ignition chamber 1 - arranged at a distance D to each other and form a gap 22.
  • the gap 22 can be evacuated via a port 5 be so that there is no unnecessary back pressure during the deformation of the tubular element 18 in the connection region E.
  • connection region E lying part of the outer contour 20 of the tubular element 18 and the outer contour 23 of the workpiece 19 each lie substantially flush with correspondingly formed Stützelemen- th 24, which are arranged within the ignition chamber 17.
  • the cavity 23 of the tubular element 18 can be filled with an ignitable gas or gas mixture.
  • the gas / gas mixture can - analogous to FIG. 1 and Fig. 2 - be ignited by means of an igniter 25.
  • an igniter 25 thereupon, in the axial direction of the tube element 18, a detonation wavefront propagates, which passes through the cavity 23 of the tube element 18.
  • ignition device 14 not only conventional spark plugs can be used. It is also conceivable to generate a high-voltage discharge (arc) between two opposing electrodes. Also, for example, a black body, which is arranged in the cavity of the corresponding ignition chamber, are heated so strongly by a laser beam or by microwaves that ignition of the gas mixture occurs. It is also conceivable to use a primer, as used for example for the ignition of solid-state explosives. Glow plugs or a friction element device, in which heat is generated by a friction process, are conceivable as ignition device.
  • the ignition device 14, 25 does not have to be arranged directly in the actual explosion chamber. Rather, it is also conceivable that the ignition device is housed in a pre-chamber, which is fluidly connected to the actual explosion chamber in combination.

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  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Teilbereiche (3, 4, 18, 19) zumindest eines Werkstücks. Ein erster Teilbereich (3, 18) eines Werkstücks wird mittels einer durch die Detonation eines Detonationsmediums (15, 23) erzeugten Druckwelle (7) auf einen zweiten Teilbereich (4, 19) eines Werkstücks aufgepresst. Dabei liegt die durch die Detonation erzeugte Druckwelle in einem Koppelmedium (15, 23), das zumindest einen der Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks kontaktiert, als Stoßwelle oder Detonationswelle (7) vor.

Description

Verbindungsverfahren für Werkstücke
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Teilbe- reiche zumindest eines Werkstücks, bei dem zumindest ein erster Teilbereich eines Werkstücks mittels einer durch die Detonation eines Detonationsmediums erzeugten Druckwelle zumindest teilweise auf zumindest einen zweiten Teilbereich eines Werkstücks aufgepresst wird. Die Erfindung betrifft weiterhin einen Gegenstand, welcher wenigstens zwei miteinander verbundene Teilbe- reiche zumindest einer Baugruppe aufweist.
Um zwei Teilbereiche eines Werkstücks aneinander zu befestigen (beispielsweise um die beiden Kanten einer zu einem Zylinder gebogenen Platte aneinander zu befestigen) oder um zwei unterschiedliche Werkstücke miteinander zu verbinden, sind unterschiedlichste Verbindungsverfahren bekannt.
So ist es beispielsweise bekannt, eine Verbindung unter Verwendung zusätzlicher Verbindungsmittel auszubilden. Bei derartigen Verbindungsmitteln kann es sich beispielweise um Schrauben oder Nieten handeln. Mit Hilfe derartiger zu- sätzlicher Verbindungsmittel werden die miteinander zu verbindenden Teile selbst letztendlich in aller Regel kraftschlüssig miteinander verbunden.
Eine weitere Verbindungsmöglichkeit lässt sich dadurch realisieren, dass die entsprechenden Bereiche mit einer Formgebung versehen werden, sodass die entsprechenden Teilbereiche des bzw. der Werkstücke derart ineinander greifen, dass diese bei einer normalen Belastung des Werkstücks derart miteinander verbunden sind, dass sie sich nicht voneinander lösen. Eine derartige Verbindung führt in aller Regel zu einer sogenannten formschlüssigen Verbindung.
Weiterhin ist es möglich eine Verbindung zweier Teilbereiche eines oder mehrerer Werkstücke dadurch zu realisieren, dass diese mit Hilfe einer sogenannten stoffschlüssigen Verbindung miteinander verbunden werden. Eine stoffschlüssige Verbindung kann in Form einer Schweißverbindung vorliegen. Bei einer Schweißverbindung bestehen die beiden miteinander verbundenen Werkstückteilbereiche sowie das gegebenenfalls zusätzlich im Verbin- dungsbereich hinzugefügte Material zumindest im Wesentlichen aus dem gleichen Werkstoff. Die eigentliche Verbindung wird in aller Regel durch eine lokale Temperaturerhöhung realisiert. Dabei sind unterschiedliche Verfahren bekannt, um die dazu erforderliche Wärmenergie in den Verbindungsbereich einzutragen. Beispielsweise können elektrische Lichtbögen, eine Flamme (beispiels- weise eine Sauerstoff-Acetylen-Gasgemisch-Flamme), ein elektrisch betriebenes Heizelement, ein Elektronenstrahl, ein Laserstrahl, eine Vorrichtung zur Erzeugung von Reibungswärme usw. verwendet werden. Die derartig in den Verbindungsbereich eingebrachte Wärmeenergie führt üblicherweise zumindest in Teilbereichen zu einer Erweichung bzw. zu einem Schmelzen der Materialien.
Werden dagegen unterschiedliche Materialien miteinander verbunden, bzw. wird als Verbindungsmittel ein Material verwendet, welches von wenigstens einem der miteinander zu verbindenden Materialien abweicht, so spricht man üblicherweise von einem Lötverfahren. Auch bei einem Lötverfahren wird üblicherweise - ähnlich zu einem Schweißverfahren - der Verbindungsbereich lokal erwärmt. Dabei wird in aller Regel zumindest eines der beteiligten Materialien zumindest bereichsweise erweicht oder geschmolzen. Um die dazu erforderliche Wärmeenergie in den Verbindungsbereich einzubringen, können grundsätzlich die gleichen Wärmeeintragsverfahren wie beim Schweißen verwendet werden.
Eine weitere Möglichkeit zur stoffschlüssigen Verbindung zweier Materialien besteht im sogenannten Kleben. Dabei werden die miteinander zu verbinden- den Bereiche üblicherweise unter Verwendung eines gesonderten Verbindungsmaterials, dem Kleber, miteinander verbunden. Der Kleber wird üblicherweise in flüssiger oder pastöser Form aufgetragen und härtet nach einer gewissen Zeit aus, um eine feste Verbindung auszubilden. Das Aushärten kann bei- spielsweise durch Verdunsten eines Lösungsmittels oder durch eine chemische Reaktion (beispielsweise bei Zweikomponentenklebern miteinander bzw. bei Einkomponentenklebern durch chemische Reaktion mit Luftsauerstoff) erfolgen. Zum Kleben bestimmter Materialien erweist es sich oftmals auch als erfor- derlich, sogenannte Haftvermittler zu verwenden. Darüber hinaus gibt es Klebeverfahren, bei denen zumindest ein gewisser Teil des Aushärtevorgangs durch eine von außen eingebrachte Aktivierungsenergie erfolgt. Dabei kann es sich beispielsweise um eine Beaufschlagung mit Licht oder um eine Erwärmung des Klebermaterials handeln.
In der Praxis ist es oftmals auch üblich, mehrere der genannten Verbindungsverfahren miteinander zu kombinieren. Beispielsweise werden häufig Nieten oder Schrauben zur strukturellen Verstärkung von Schweißnähten, Lötnähten oder Klebeverbindungen verwendet. Darüber hinaus werden oftmals auch formschlüssige Verbindungen zusätzlich durch Schrauben oder Nieten bzw. durch stoffschlüssige Verbindungsverfahren gesichert.
In vielen Einsatzgebieten ist der zumindest teilweise Gebrauch von Schweißbzw. Lötverfahren besonders erwünscht. Schweiß- bzw. Lötverbindungen er- weisen sich oftmals als besonders belastbar und als über lange Zeiträume hinweg stabil. Oftmals sind Schweiß- bzw. Lötnähte auch besonders unempfindlich gegenüber äußeren Einflüssen, wie beispielsweise gegenüber aggressiven Chemikalien oder korrosiven Umgebungen. Bei Schweiß- bzw. Lötverfahren können darüber hinaus oftmals besonders geeignete Verbindungsmaterialien (bei Lötverfahren) verwendet werden, bzw. können derartige Verbindungsmaterialien können sogar vollständig entfallen (bei Schweißverfahren). Da die eigentliche Verbindung durch ein thermisch bedingtes Aufweichen bzw. Schmelzen von Materialien erfolgt, sind Schweiß- bzw. Lötnähte nach Ausbildung der Verbindung in aller Regel nach sehr kurzen Zeiträumen voll belastbar. Es müs- sen also keine unter Umständen langen Aushärtezeiten abgewartet werden, was in vielen Anwendungsgebieten von Vorteil ist. Ein Problem bei der Herstellung von Löt- bzw. Schweißverbindungen besteht jedoch darin, dass manche Materialien bzw. Materialpaarungen nur schlecht oder sogar gar nicht mittels Schweißen bzw. Löten miteinander verbunden werden können. Beispielsweise erweist sich eine Verbindung von Stahl und Alumi- nium in der Praxis als äußerst schwierig.
Zum Löten bzw. Schweißen von Materialien bzw. Materialpaarungen, die ansonsten nicht gelötet bzw. geschweißt werden können, sind seit etlichen Jahren auch sogenannte Detonationsverbindungsverfahren grundsätzlich bekannt. Beim Detonationslöten bzw. beim Detonationsschweißen werden die miteinander zu verbindenden Bereiche benachbart zueinander angeordnet. Einer der miteinander zu verbindenden Bereiche wird mit einer Sprengstoffbeschichtung versehen. Dabei werden üblicherweise feste oder pastöse Sprengstoffe flächig auf dem entsprechenden Oberflächenbereich aufgebracht. Anschließend wird der Sprengstoff beispielsweise durch eine Zündkapsel gezündet. Durch die freigesetzte Detonationsenergie des Sprengstoffes werden die miteinander zu verbindenden Bereiche aneinander gedrückt und es kommt zu einer Verbindung der Materialien.
Die Detonationsfront des Sprengstoffes breitet sich ausgehend vom Zündbereich über den gesamten Sprengstoffbereich aus. Bei den bislang genutzten Detonationsverbindungsverfahren wird der Sprengstoff unmittelbar auf eines der miteinander zu verbindenden Materialien aufgetragen. Die meisten festen Sprengstoffe haben eine Detonationsgeschwindigkeit zwischen 2.000 und 4.000 Meter pro Sekunde. Die Detonationsgeschwindigkeit liegt somit in aller Regel unterhalb der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern, bzw. im Bereich der Schallgeschwindigkeit in Festkörpern, einschließlich des Sprengstoffmaterials selbst. Nach der Literaturmeinung ist es sogar zwingend erforderlich, dass die Detonationsgeschwindigkeit kleiner als die Schallgeschwindigkeit des „lang- samsten Metalls" ist (A. A. Ezra: Principles and Practice of Explosive Metal Working, Industrial Newspapers Ltd, 1973, ISBN 0-90199405-7). Ein großes Problem bei Detonationsverbindungsverfahren sind die damit einhergehenden Kosten. Diese sind insbesondere dadurch bedingt, dass der Umgang mit Sprengstoffen gefährlich ist und hohe Sicherheitsanforderungen stellt. Auch das Auftragen des Sprengstoffs auf die entsprechenden Werkstückberei- che muss sehr sorgfältig erfolgen. Lufteinschlüsse müssen dabei vermieden werden.
In EP 0 516 080 A2 wird ein Verfahren zum Erzeugen eines Flüssigkeitsdruckpulses beschrieben, bei dem ein zündfähiges Gasgemisch gezündet wird. Die vom Gasgemisch ausgehenden Detonationswellen wirken auf eine Flüssigkeit ein, wo sie Flüssigkeitsdruckwellen erzeugen. Diese werden auf ein Werkstück gelenkt.
Die Schrift DE 39 29 492 betrifft, wie gezeigt in Fig. 1 , ein Verfahren zur Her- Stellung einer inneren Verkleidung eines Rohres, wobei eine Detonation im Rohr die Verkleidung mit der Innenseite des Rohres verschweisst. Eine alternative Ausführung betrifft die Formgestaltung eines Werkstückes, wobei, wie gezeigt in Fig. 2, eine explosive Ladung, angebracht in einer Flüssigkeit, bei einer Eksplosion die Druckwelle über die Flüssikgkeit auf eine Form zur Form- gestaltung des Werkstückes überträgt.
Eine andere Schrift, DD 98048, beschreibt ein System mit einem an einem Ende geschlossenen Rohr, wobei eine Gasexplosion eine Detonationswelle aus dem Rohr heraus bewirkt. Dies wird in der Praxis zur Anwendung zum Stanzen von grossen Erzeugnissen, zum Abputzen von Sinter nach der thermischen Behandlung sowie auch zum Sphärolitsieren der Teilchen von schüttbaren Pulvern verschiedener hochschmelzender und Niedertemperaturmateria- lient sowie auch in Anlagen zur Detonationsbearbeitung von Materialen vorgeschlagen.
Keine dieser Schriften betrifft aber die Formgebung oder das Zusammenfügen von Werkstücken, indem eine Detonationswelle über das Werkstück zu führen, das aufgepresst, zusammengefügt oder geformt werden soll, wobei die Detona- tionswelle in einem Medium, wie z.B. einer Flüssigkeit oder einem Gas, verläuft, und wobei die Detonationswelle dadurch erzeugt wird, dass explosive Materialien entweder in oder in direkter Verbindung mit dem Medium angebracht werden. Ein Sicherheitsrisiko besteht immer bei der Arbeit mit explosiven Materia- lien.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein verbessertes Detonationsverbin- dungsverfahren vorzuschlagen.
Es wird vorgeschlagen, ein Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Teilbereiche zumindest eines Werkstücks, bei dem zumindest ein erster Teilbereich eines Werkstücks mittels einer durch die Detonation, alternativ durch die Explosion, eines Detonationsmediums, alternativ eines Explosionsmediums, erzeugten Druckwelle zumindest teilweise auf zumindest einen zweiten Teilbe- reich eines Werkstücks aufgepresst wird, derart durchzuführen, dass in einem Koppelmedium, das zumindest einen der Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks kontaktiert, die Druckwelle als Stoßwelle vorliegt. Mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens ist es insbesondere möglich, eine größere Bandbreite an Detonationsmedien (explosionsfähigen Medien) zu verwenden. Auch ist es möglich, das Verbindungsverfahren dadurch zu vereinfachen, dass das „Auftragen" des Detonationsmediums (Explosionsmediums) vereinfacht werden kann. Es ist möglich, dass es sich bei den Teilbereichen um zwei oder mehr Teilbereiche ein und desselben Werkstücks handelt. Dadurch kann beispielsweise ein Blech zu einem Zylindermantel oder einem Tank gebogen werden, wobei anschließend die Verbindungsbereiche mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens miteinander verbunden werden. Möglich ist es jedoch auch, dass Teilbereiche unterschiedlicher Werkstücke mit Hilfe des vorgeschlagenen Verfahrens miteinander verbunden werden. Auch Mischformen, also eine Verbindung von zwei oder mehr Teilbereichen eines ersten Werkstücks mit zumindest einem Teilbereich eines zumindest zweiten Werkstücks sind denkbar. Die miteinander zu verbindenden Teilbereiche weisen vorzugsweise ein Metall- bzw. eine Metalllegierung auf. Bei dem Detonationsmedium (Explosionsmedium) kann es sich um ein beliebiges zündfähiges Gemisch handeln, also um einen Feststoff, um ein pastöses Material, um eine Flüssigkeit, um ein Gas oder eine Mischung aus unterschiedlichen Einzeldetonationsmedien.
In der bevorzugten Ausführung geht es aber um eine Gasdetonation, wobei man die Vorteile erzielt, dass keine explosiven Materialien mit darauf folgendem Sicherheitsrisiko im System angewandt werden, und dass es durch gasförmige Zusätze möglich ist die Geschwindigkeit der Detonationswelle in einem bestimmten Bereich variieren zu können. Es ist beispielsweise allgemein bekannt Argon und Helium anzuwenden. Keine explosiven Materialien werden in einer Flüssigkeit angebracht, sondern eine Druckwelle oder Stosswelle wird über eine Detionationswelle übertragen.
Die vom Detonationsmedium (Explosionsmedium) erzeugte Druckwelle kann in beliebiger Weise auf einen, auf zwei oder auf mehrere der miteinander zu ver- bindenden Teilbereiche einwirken. In der Regel erweist es sich als ausreichend und insbesondere unter Kostengesichtspunkten als vorteilhaft, wenn die vom Detonationsmedium (Explosionsmedium) erzeugte Druckwelle im Wesentlichen lediglich auf einen Teilbereich einwirkt. Damit die vom Detonationsmedium (Explosionsmedium) erzeugte Detonationsenergie (Explosionsenergie) möglich ungedämpft und effektiv zur Verbindung der Teilbereiche verwendet wird, wird abweichend vom Stand der Technik vorgeschlagen, dass die Druckwelle im Koppelmedium als Stoßwelle vorliegt. Eine Stoßwelle ist dadurch definiert, dass die Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Stoßwelle größer ist als die Schallgeschwindigkeit im betreffenden Medium. Die Fortpflanzungsgeschwindigkeit von Stoßwellen ist nicht nur größer als die Schallgeschwindigkeit im entsprechenden Medium, sondern beträgt oftmals ein Mehrfaches von dieser. Insbesondere kann die Stoßwellengeschwindigkeit das 1 ,1-fache, 1 ,2-fache, 1 ,3-fache, 1 ,4- fache, 1 ,5-fache, 1 ,6-fache, 1 ,7-fache, 1 ,8-fache, 1 ,9-fache, 2,0-fache, 2,25- fache, 2,5-fache, 2,75-fache, 3-fache, 3,5-fache, 4-fache, 4,5-fache oder 5- fache der Schallgeschwindigkeit betragen. Grundsätzlich ist es ausreichend, wenn das vorgeschlagene Verfahren zu einer beliebigen Verbindung der beiden Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks führt. Vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Verbindung flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht ausgeführt ist. Auch kann es vorteilhaft sein, wenn das Verbindungsverfahren zu einer zumindest bereichsweisen Lötverbindung bzw. Schweißverbindung der wenigstens zwei Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks führt.
Auch wenn es sich bei dem Koppelmedium um ein beliebiges Medium handeln kann, erweist es sich üblicherweise als vorteilhaft, wenn das Koppelmedium ein Fluid, vorzugweise ein Gas aufweist. Beim Fluid kann es sich selbstverständlich auch um eine Flüssigkeit, um ein Flüssigkeits-Feststoff-Gemisch (Suspension), um ein Flüssigkeits-Gas-Gemisch oder um ein Gas- Feststoff-Gemisch (Rauch) handeln. In jedem Fall kann ein derartiges Fluid auf Grund seiner Strömungseigenschaften besonders leicht im Wesentlichen beliebig geformte Kontaktbereiche zwischen Detonationsmedium (Explosionsmedium) und Werkstück sowie sonstige Hohlräume erreichen. Dadurch kann das Verfahren besonders einfach, kostengünstig und mit einer hohen Qualität durchgeführt werden.
Von Vorteil kann es weiterhin sein, wenn das Koppelmedium und das die Detonation (Explosion) hervorrufende Detonationsmedium (Explosionsmedium) gleich sind. Dadurch kann sich eine nochmals einfachere, kostengünstigere und anwenderfreundlichere Anwendung des Verbindungsverfahrens ergeben. Insbesondere ist es in aller Regel nicht erforderlich, unterschiedliche „Auftragsschritte" für Detonationsmedium (Explosionsmedium) und Koppelmedium vorzusehen. Es kann sich jedoch für manche Anwendungsgebiete auch als vorteilhaft erweisen, wenn zumindest in Teilbereichen ein gesondertes Koppelmedium vorgesehen wird. Dadurch kann beispielsweise eine unterschiedlich star- ke Verbindungswirkung zwischen unterschiedlichen miteinander zu verbindenden Teilbereichen realisiert werden.
In einem Koppelmedium wie z.B. Wasser läuft allerdings keine Detonationswelle, sondern eine Stoßwelle, da im Wasser keine Reaktion stattfindet. Aber das Besondere an diesem Verfahren ist die direkte Ausnutzung der Detonationswelle (keine Limitierung bezüglich Lauflänge, keine Abschwächung). Die Stosswel- Ie oder Drückwelle ist von einer Detonationswelle angestellt worden. Bei den bisherigen Versuchen hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn das Detonationsmedium (Explosionsmedium) ein Gas aufweist (bzw. sich um ein Gas handelt), wobei es sich insbesondere um ein Gasgemisch, vor- zugsweise um ein Gemisch aus Sauerstoff und einem Reaktionspartner wie Propan oder Wasserstoff handelt. Bei einem derartigen Detonationsmedium (z. B. Gas, Gasgemisch) kann das bislang aufwändige und zeitraubende Aufbringen eines festen oder pastösen Sprengstoffmaterials auf die miteinander zu verbindenden Werkstückbereiche entfallen. Dadurch kann eine schnellere, kos- tengünstigere und automatisiertere Bearbeitung begünstigt werden. Auch kann der bislang erforderliche Sicherheitsaufwand gegebenenfalls reduziert werden. Durch die Wahl eines geeigneten Gases bzw. eines geeignete Gasgemischs kann das Verbindungsverfahren an die jeweils miteinander zu verbindenden Werkstückteilbereiche angepasst werden. Insbesondere ist es beispielsweise auch problemlos möglich, das Verhältnis zweier Gaskomponenten zueinander besonders einfach auch bei zwei unmittelbar aufeinander abfolgenden Verbindungsvorgängen zu verändern. Auch eine Rückkopplung, welche beispielsweise durch eine Untersuchung der bereits verbundenen Verbindungsbereiche erfolgen kann, ist ohne weiteres möglich. Insbesondere beim System Sauer- stoff-Wasserstoff entsteht als Folge der Detonation lediglich Wasser, sodass eine Entsorgung der Detonationsmaterialrückstände (Explosionsmaterialrückstände) in der Regel nicht erforderlich ist. Der Vollständigkeit halber wird erwähnt, dass insbesondere im Zusammenhang mit gasförmigen Medien tendenziell eher von Explosionen als von Detonationen gesprochen wird. Die Begriff- lichkeiten überschneiden sich jedoch zumindest teilweise und werden häufiger auch synonym verwendet bzw. verwendet können häufiger auch synonym verwendet werden.
Es ist möglich, dass das Koppelmedium zumindest einem der Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise unmittelbar und/oder mittelbar kontaktiert. Durch eine unmittelbare Kontaktierung kann insbesondere eine besonders dämpfungsarme und effektive Einkopplung der Detonationsenergie (Explosionsenergie) in den betreffenden Werkstückbereich erfolgen. Demgegenüber ist es mit einer mittelbaren Kontaktierung auch möglich, eine gezielte Dämpfung des Energieeintrags zu realisieren, bzw. einen Energieeintrag über einen größeren Zeitraum hinweg zu realisieren (beispielsweise bei Verwendung eines elastischen Zwischenmediums). Durch eine gleichzeitige Verwendung von unmittelbarer und mittelbarer Kontaktierung können auch besondere Verbindungsstrukturen realisiert werden. Durch eine mittelbare Kontaktierung ist es im Übrigen auch möglich, die betreffende Oberfläche des Werkstücks beispielsweise vor einem aggressiven Koppelmedium zu schützen. Dadurch kann die Bandbreite möglicher Koppelmedien (bzw. Detonationsme- dien/Explosionsmedien) nochmals vergrößert werden.
Es kann sich als vorteilhaft erweisen, wenn zumindest einer der Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise eine flächige, insbesondere plattenartige, hohlprofilartige, profilartige, profilmantelartige, zylindri- sehe, holzylindrische und/oder zylindermantelartige Formgebung aufweist. Derartige Formgebungen sind im Zusammenhang mit Detonationsverbindungsver- fahren (Explosionsverbindungsverfahren) besonders vorteilhaft, da durch die Detonation oftmals auch eine Dehnung bzw. Stauchung von Materialbereichen bewirkt werden kann. Im Übrigen ist es auch möglich, dass ein derartig geform- tes Werkstück selbst als Aufnahmekörper für das Koppelmedium und/oder das Detonationsmedium dienen kann. Dadurch kann gegebenenfalls auf ein gesondertes, gegebenenfalls gasdicht auszuführendes Containment verzichtet werden, bzw. kann dieses gegebenenfalls einfacher ausgeführt werden. So kann es sich beispielsweise als ausreichend erweisen, bei einem zylinderman- telartigen Werkstück lediglich an beiden Seiten eine Art Verschlussdeckel vorzusehen.
Es erweist sich in der Regel als vorteilhaft, wenn der erste Teilbereich und der zweite Teilbereich des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise beabstandet voneinander angeordnet sind. In diesem Fall kann der mit dem Koppelmedium in Kontakt stehende Teilbereich durch die Detonationsenergie (Explosionsenergie) über einen längeren Zeitraum hinweg beschleunigt werden, ehe der betreffende Teilbereich auf den anderen Teilbereich auftrifft. Da- durch kann eine besonders dichte, haltbare und belastbare Verbindung der beiden Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks realisiert werden.
Dabei kann vorgesehen werden, dass zumindest ein Hohlraum, der wenigstens einem Teilbereich des zumindest einen Werkstücks benachbart ist, mit einer gegendruckreduzierenden Befüllung, insbesondere mit einem Vakuum versehen ist. Dadurch kann die Beschleunigung besonders effektiv erfolgen, da etwaige Gegenkräfte auf das unvermeidbare Minimum reduziert werden können. Bei der gegendruckreduzierenden Befüllung kann es sich neben einer Druck- absenkung (bis hin zu einem Vakuum) auch um eine besonders leicht verdrängbare Befüllung handeln. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Hohlraum um einen Hohlraum, der zwischen den beiden miteinander zu verbindenden Teilbereichen des zumindest einen Werkstücks liegt. Zusätzlich oder alternativ kann es sich jedoch auch um einen Bereich handeln, der zwischen einem TeN- bereich des zumindest einen Werkstücks und einer das Werkstück umgebenden Gehäusung vorhanden ist. In diesem Fall kann das Detonationsverbin- dungsverfahren (Explosionsverbindungsverfahren) beispielsweise gleichzeitig zu einer Umformung des Werkstücks genutzt werden. Natürlich ist es auch möglich, das Detonationsverbindungsverfahren (Explosionsverbindungsverfah- ren) auch ausschließlich zu einer Verbindungsausbildung oder ausschließlich zu einer Umformung des Werkstücks bzw. eines Werkstückbereichs zu nutzen.
Denkbar ist es, dass die Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise unterschiedlich verformungsresistent ausgebildet sind. Eine unterschiedliche Verformungsresistenz kann sich insbesondere durch eine unterschiedliche Materialstärke ergeben. Auf diese Weise können beispielsweise sehr dünne Bleche mit relativ dicken Materialien verbunden werden. Auch kann durch eine derartige Ausbildung ermöglicht werden, dass nur einer der Teilbereiche im Laufe des Verbindungsverfahrens verformt wird, wohingegen der an- dere Teilbereich zumindest im Wesentlichen unverformt bleibt.
Möglich ist es auch, dass zumindest ein Teilbereich des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise durch eine Abstützvorrichtung abgestützt ist. Durch eine derartige Abstützvorrichtung kann eine Verformung des entsprechenden Werkstückbereichs im Zuge des Verbindungsverfahrens verhindert oder auf einen definierten Wert begrenzt werden. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass beispielsweise auch zwei dünne Bleche miteinander verbunden werden können. Bei dem Teilbereich des zumindest einen Werkstücks, der durch eine Abstützvorrichtung abgestützt ist, kann es sich im Übrigen nicht nur um einen Bereich handeln, in dem es zu einer Verbindung mit einem anderen Material kommt, sondern auch um einen anderen Bereich des Werkstücks.
Vorteilhaft kann es sein, wenn die Detonation (Explosion) durch wenigstens durch ein Zündmittel gezündet wird, welches der Gruppe entnommen ist, die Glühkerzen, Heizdrähte, Zündkerzen, mikrowelleninduzierte Zündelemente, Zündkapseln und laserinduzierte Zündelemente umfasst. Durch die Verwendung derartiger Zündmittel kann die Detonation (Explosion) von einem definier- ten Punkt ausgehen. Dadurch kann sich die Qualität der Verbindung erhöhen. Darüber hinaus kann bei Verwendung derartiger Zündmittel ein größerer Bereich von Detonationsmitteln (Explosionsmitteln) verwendet werden, insbesondere auch Detonationsmittel (Explosionsmittel), welche eine hohe Aktivierungsenergie zur Detonation erfordern.
Das Verfahren kann so ausgeführt werden, dass die Detonationswelle (Explosionswelle) zumindest bereichsweise fortschreitend und/oder zumindest bereichsweise flächig auf zumindest eines der Werkstücke einwirkt. Durch eine entsprechende, geeignete Anordnung können unterschiedliche Verbindungsan- forderungen realisiert werden.
Möglich ist es, zumindest ein Ausbreitungsverhinderungsmittel vorzusehen, das eine weitere Ausbreitung einer Detonation (Explosion) des Detonationsmediums (Explosionsmediums) verhindert. Hierbei kann es sich um eine Art Wand (auch um eine Wand, welche im Laufe des Verbindungsverfahrens zerstört wird) handeln. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den Verbrauch an Detonationsmittel (Explosionsmittel) zu verringern, da dieses nur an solchen Stellen vorgesehen werden muss, wo auch eine Verbindung durchzuführen ist. Es kann sich als besonders effektiv erweisen, wenn die Oberflächen der aufeinanderzupressenden Oberflächenbereiche der Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks zueinander zumindest im Wesentlichen formkomplementär ausgebildet sind. Dadurch ist es beispielsweise möglich, dass die miteinander zu verbindenden Bereiche jeweils in einem konstanten Abstand zueinander angeordnet werden können. Dadurch kann sich eine besonders gleichmäßige, gleichartig belastbare Verbindungsfläche ergeben.
Möglich ist es darüber hinaus, dass zumindest das Koppelmedium und/oder das Detonationsmedium (Explosionsmedium) mit einem Überdruck vorliegen. Dadurch kann die Dichte des entsprechenden Mediums erhöht werden, sodass die Güte der Koppelung vergrößert werden kann und/oder die durch die Detonation freisetzbare Detonationsenergie (Explosionsenergie) vergrößert werden kann.
Von Vorteil ist es, wenn das Verfahren derart ausgeführt wird, dass die Verbindung der Teilbereiche des zumindest einen Werkstücks zumindest teilweise gasdicht, insbesondere stoffschlüssig ausgebildet wird. Eine derartige Verbin- düng kann besonders universell eingesetzt werden.
Möglich ist es, dass zumindest ein Teilbereich des zumindest einen Werkstücks ein Material aufweist, welches der Gruppe entnommen ist, die Eisen, Kupfer, Aluminium, Eisenlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Stahl, Messing und Bronze umfasst. Versuche haben ergeben, dass sich mit den genannten Materialien, bzw. mit Paarungen der genannten Materialien unter Verwendung des vorgeschlagenen Verfahrens besonders gute und dauerhafte Verbindungen ergeben können. Manche dieser Materialien bzw. Materialpaarungen können bislang nicht oder nur schwer miteinander verbunden werden.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn durch das Verfahren zumindest zwei Werkstücke miteinander verbunden werden. Die Werkstücke können aus dem gleichen bzw. aus einem ähnlichen Material gefertigt sein. Insbesondere ist es jedoch auch möglich, dass die Werkstücke aus einem unterschiedlichen Material gefertigt sind.
Weiterhin wird ein Gegenstand vorgeschlagen, der wenigstens zwei miteinan- der verbundene Teilbereiche zumindest einer Baugruppe aufweist, und bei dem die Teilbereiche der zumindest einen Baugruppe zumindest teilweise mittels des oben beschriebenen Verfahrens sowie dessen Weiterbildungsmöglichkeiten miteinander verbunden wurden. Ein derartiger Gegenstand weist die bereits beschriebenen Eigenschaften und Vorteile in analoger Weise auf.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn der Gegenstand wenigstens zwei miteinander verbundene Baugruppen aufweist. Die Baugruppen können folglich mit Hilfe des oben beschriebenen Verfahrens miteinander verbunden worden sein. Dadurch ist es insbesondere möglich, Gegenstände aus Materialpaarungen herzustellen, die bislang nicht oder nur unzureichend hergestellt werden können.
Im Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen und unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren näher beschrie- ben. Es zeigen:
Fig. 1 : Eine erste Anordnung eines Hohlprofils und eines Werkstücks vor einer Verbindung durch Detonation;
Fig. 2: die in Fig. 1 gezeigte Anordnung nach einer Verbindung durch Detonation;
Fig. 3: eine zweite Anordnung eines Rohrprofils in einem Werkstück vor einer Verbindung durch Detonation.
Fig. 1 zeigt in einem schematischen Querschnitt eine Zündkammer 1 , in der ein Werkstück 3 sowie ein Hohlprofil 4 angeordnet sind. Die Außenkontur 8 des Werkstücks 3 und die Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 sind korrespondierend zueinander gestaltet und weisen im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel jeweils einen kreisrunden Querschnitt auf. Das Hohlprofil 4 sowie das Werkstück 3 weisen im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel eine etwa gleiche Wandstärke auf. Damit sich das Werkstück 3 im Zuge des Detonati- onsverbindungsverfahrens nicht übermäßig verformt, ist im Innenraum 11 des Werkstücks 3 ein Stützblock 10 angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, dass Werkstück 3 und Hohlprofil 4 unterschiedliche Wandstärken aufweisen. Insbesondere ist es möglich, dass bei der in Fig. 1 dargestellten Zündkammer 1 ein Werkstück 3 verwendet wird, welches eine im Vergleich zur Wandstärke des Hohlprofils 4 deutlich größere Wandstärke aufweist.
In einem Bereich A überlappen Werkstück 3 und Hohlprofil 4 einander. In diesem Bereich A sollen das Werkstück 3 und das Hohlprofil 4 miteinander verbunden werden. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, sind die Außenkontur 8 des Werk- stücks 3 und die Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 mit einem Abstand C zueinander angeordnet. Damit bei einer Detonationsverformung des Hohlprofils 4 im Verbindungsbereich A dem Hohlprofil 4 kein unnötiger Gegendruck entgegentritt, kann der Zwischenraum 12 zwischen der Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 und der Außenkontur 8 des Werkstücks 3 evakuiert werden. Dazu ist in der Bodenwand der Zündkammer 1 ein Anschluss 5 vorgesehen, der mit einer Vakuumpumpe verbunden werden kann.
In Fig.1 ist weiterhin erkennbar, dass in einem außerhalb des Verbindungsbereichs A liegenden Profilfortsatzbereich B innerhalb des Hohlprofils 4 ein Stop- fen 6 angeordnet ist. Der Außendurchmesser des Stopfens 6 ist im Wesentlichen der Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 angepasst. Die Außenkontur des Stopfens 6 und die Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 liegen also im Wesentlichen bündig aneinander an. Wird in der Zündkammer 1 eine Detonation gezündet, so wirkt der Stopfen 6 einer Verformung des Hohlprofils 4 im Profilfortsatzbe- reich B entgegen. Gleichzeitig kann der Stopfen 6 als Vakuumdichtung für den
Zwischenraum 12 dienen, der sich zwischen der Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 und der Außenkontur 8 des Werkstücks 3 befindet, und der - wie bereits erwähnt - über einen Anschluss 5 evakuiert werden kann. Da die Außenkontur des Stopfens 6 und die Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 im Profilfortsatzbereich B im Wesentlichen bündig aneinander anliegen, kommt es hier zu keiner nennenswerten mechanischen Verformung des Hohlprofils 4.
Auch die Außenkontur des Stützblocks 10 und die Innenkontur des Werkstücks 3 liegen im Wesentlichen bündig aneinander an. Dadurch kommt es auch hier zu keiner nennenswerten mechanischen Verformung des Werkstücks 3.
Der Stopfen 6 hat im oberen Bereich der Fig. 1 eine spitz zulaufende Form 13, um einer Detonationswelle (oder einer von der Detonationswelle angestellten Stosswelle oder Drückwelle, im folgenden im Wesentlichen Detonationswelle als gemeinsame Bezeichnung) 7, die von einer Zündvorrichtung 14 ausgeht, möglichst wenig Widerstand entgegen zu bringen.
Die Zündkammer 1 kann mit einem explosiven Fluid, wie insbesondere einem explosiven Gas oder einem explosiven Gasgemisch gefüllt werden. Im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel wird dem Hohlraum 15 der Zündkammer 1 über eine Versorgungsleitung 16 ein stöchiometrisches Sauerstoff- Wasserstoff-Gemisch zugeführt. Das Sauerstoff-Wasserstoff-Gemisch kann durch eine Zündkerze 14 gezündet werden. Dadurch breitet sich, ausgehend von der Zündkerze 14, im Hohlraum 15 der Zündkammer 1 eine Detonationswelle 7 aus. Bei einem ausreichenden Abstand zwischen Zündkerze 14 und Werkstück 3 bzw. Hohlprofil 4 kann die Detonationswelle 7 im Verbindungsbereich A als im Wesentlichen ebene Detonationswelle 7, welche sich in axialer Richtung des Werkstücks 3 bzw. des Hohlprofils 4 ausbreitet, angesehen werden.
Nach der Zündung des Sauerstoff-Wasserstoff-Gemischs läuft die Detonationswelle 7, ausgehend von der Zündkerze 14, in axialer Richtung zunächst auf den Stopfen 6 zu und sodann in axialer Länge über das Hohlprofil 4 hinweg.
Die Detonationswelle 7 liegt dabei als Stoßwelle vor, breitet sich also mit einer größeren Geschwindigkeit aus, als es der Schallgeschwindigkeit eines Sauer- stoff-Wasserstoff-Gasgemisches entspricht. Im Bereich der Detonationswelle 7 kommt es zu einer starken, lokalen Druckerhöhung. Im Profilfortsatzbereich B wird das Hohlprofil 4 somit gegen die Außenkontur des Stopfens 6 gedrückt. Aufgrund des bündigen Kontakts zwischen Innenkontur 9 des Hohlprofils 4 und der Außenkontur des Stopfens 6 im Profilfortsatzbereich B kommt es jedoch zu keiner innigen, mechanischen Verbindung zwischen Stopfen 6 und Hohlprofil 4.
Im Verbindungsbereich A kann jedoch das Hohlprofil 4 unter dem lokalen Druck der Stoßwelle 7 in den Zwischenraum 12 hineinverformt und dabei beschleunigt werden. Erst nach einer Beschleunigungsstrecke C, die dem Abstand C zwischen der Innenkontur 9 des unverformten Hohlprofils 4 und der Außenkontur 8 des unverformten Werkstücks 3 entspricht, treffen die einander gegenüberliegenden Konturen 8, 9 von Werkstück 3 und Hohlprofil 4 erstmals aufeinander. Die kinetische Energie, die das Hohlprofil 4 während dieser Beschleunigungsphase gewonnen hat, führt zu einer innigen, mechanischen Verbindung zwischen Werkstück 3 und Hohlprofil 4. Die innige, mechanische Verbindung wirkt im vorliegend dargestellten Ausführungsbeispiel einerseits kraft- bzw. formschlüssig, insbesondere aber auch zumindest bereichsweise stoffschlüssig. Eine kraft- bzw. formschlüssige Verbindung liegt dabei nicht nur auf einem makroskopischen Niveau vor (Formgebung von Werkstück 3 und Hohlprofil 4), sondern auch auf einem mikroskopischen Niveau, bei der im Verbindungsbereich zwischen den Oberflächen 8, 9 von Werkstück 3 und Hohlprofil 4 wellenartige Oberflächenstrukturen entstehen.
Ähnlich wie beim Stopfen 6 und beim Hohlprofil 4 kommt es aufgrund der anfänglich bündigen Anlage zwischen Stützblock 10 und Werkstück 3 zu keiner innigen, mechanischen Verbindung zwischen Werkstück 3 und Stützblock 10. Üblicherweise können sowohl der Stützblock 10, als auch der Stopfen 6 nach der Detonation ohne größere Probleme aus dem Hohlprofil 4 bzw. dem Werkstück 3 herausgezogen werden. Aufgrund der vollständigen Auffüllung des Hohlraums 15 der Zündkammer 1 mit dem detonationsfähigen Gasgemisch wird erreicht, dass die Detonationswellenfront 7 die für die Detonation nötige Energie direkt aus dem Gasmedium erzielt (abgesehen von der anfänglichen Zündung durch die Zündkerze 14) und somit die Detonation über die gesamte axiale Länge der Anordnung aus Hohlprofil 4 und Werkstück 3 laufen kann. Die Detonationswellenfront 7 hält sich somit selbst aufrecht, da sie verbranntes bzw. explodiertes Gasgemisch hinter sich lässt und in Richtung des unverbrauchten Gasgemischs läuft.
Fig. 2 zeigt die in Fig. 1 dargestellte Anordnung nach der Detonation, wenn die Detonationswelle 7 vollständig über das Hohlprofil 4 gelaufen ist, und das Hohlprofil 4 in der Verbindungszone A derart komprimiert hat, dass es innig auf das Werkstück 3 aufgepresst ist. Werkstück 3 und Hohlprofil 4 sind untrennbar miteinander verbunden. Dagegen sind der Stopfen 6 bzw. der Stützblock 10 aus dem Hohlprofil 4 bzw. dem Werkstück 3 herausziehbar.
In Fig. 3 ist ein zweites Ausführungsbeispiel für eine Zündkammer 17 dargestellt, in der ein Rohrelement 18 mit einem Werkstück 19 mit Hilfe einer Detonationswelle miteinander verbunden werden können. Die Außenkontur 20 des Rohrelements 18 und die Innenkontur 21 des Werkstücks 19 sind - analog zum in Fig. 1 und 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einer Zündkammer 1 - mit einem Abstand D zueinander angeordnet und bilden einen Zwischenraum 22. Der Zwischenraum 22 kann über einen Anschluss 5 evakuiert werden, damit es zu keinem unnötigen Gegendruck während der Verformung des Rohrelements 18 im Verbindungsbereich E kommt.
Der außerhalb des Verbindungsbereichs E liegende Teil der Außenkontur 20 des Rohrelements 18 sowie die Außenkontur 23 des Werkstücks 19 liegen jeweils im Wesentlichen bündig an korrespondierend ausgebildeten Stützelemen- ten 24 an, welche innerhalb der Zündkammer 17 angeordnet sind.
Der Hohlraum 23 des Rohrelements 18 kann mit einem zündfähigen Gas- bzw. Gasgemisch befüllt werden. Das Gas/Gasgemisch kann - analog zu Fig. 1 und Fig. 2 - mit Hilfe einer Zündvorrichtung 25 gezündet werden. Darauf hin breitet sich in axialer Richtung des Rohrelements 18 eine Detonationswellenfront aus, welche durch den Hohlraum 23 des Rohrelements 18 hindurchläuft.
Als Zündvorrichtung 14, 25 können nicht nur übliche Zündkerzen verwendet werden. Ebenso ist es denkbar, eine Hochspannungsentladung (Lichtbogen) zwischen zwei einander gegenüber liegenden Elektroden zu erzeugen. Auch kann beispielsweise ein schwarzer Körper, der im Hohlraum der entsprechenden Zündkammer angeordnet ist, durch einen Laserstrahl oder durch Mikrowel- len so stark erhitzt werden, dass es zu einer Zündung des Gasgemisches kommt. Auch ist es denkbar, eine Zündkapsel zu verwenden, wie sie beispielsweise zur Zündung von Festkörpersprengstoffen verwendet wird. Auch Glühkerzen oder eine Reibelementvorrichtung, bei der Hitze durch einen Reibungsvorgang erzeugt wird, sind als Zündvorrichtung denkbar.
Die Zündvorrichtung 14, 25 muss auch nicht unmittelbar in der eigentlichen Explosionskammer angeordnet werden. Vielmehr ist es auch denkbar, dass die Zündvorrichtung in einer Vorkammer untergebracht wird, welche fluidisch mit der eigentlichen Explosionskammer in Verbindung steht.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Verfahren zum Verbinden wenigstens zweier Teilbereiche (3, 4, 18, 19) zumindest eines Werkstücks, bei dem zumindest ein erster Teilbereich
(3, 18) eines Werkstücks mittels einer durch die Detonation eines Detonationsmediums (15, 23) erzeugten Druckwelle (7) zumindest teilweise auf zumindest einen zweiten Teilbereich (4, 19) eines Werkstücks auf- gepresst wird, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Koppelmedium (15, 23), das zumindest einen der Teilbereiche des zumindest einen
Werkstücks kontaktiert, die Druckwelle als Stoßwelle oder Detonationswelle (7) vorliegt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Kop- pelmedium (15, 23) ein Fluid, vorzugsweise ein Gas aufweist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmedium (15, 23) und das die Detonation hervorrufende Detonationsmedium (15, 23) gleich sind.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Detonationsmedium (15, 23) ein Gas aufweist, insbesondere ein Gasgemisch, vorzugsweise ein Gemisch aus Sauerstoff und einem Reaktionspartner wie Propan oder Wasserstoff ist.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Koppelmedium (15, 23) zumindest einen der Teilbereiche (4, 18) des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise unmittelbar und/oder mittelbar kontaktiert.
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Teilbereiche (3, 4, 18, 19) des zu- mindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise eine flächige, insbesondere plattenartige, hohlprofilartige, profilartige, profilmantelartige, zylindrische, hohlzylindrische und/oder zylindermantelartige Formgebung aufweist.
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilbereich (3, 18) und der zweite Teilbereich (4, 19) des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise beabstandet (C, D) voneinander angeordnet sind.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, insbesondere nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Hohlraum (12), der wenigstens einem Teilbereich (3, 4, 18, 19) des zumindest einen Werkstücks benachbart ist, mit einer gegendruckreduzieren- den Befüllung, insbesondere mit einem Vakuum (5) versehen ist.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilbereiche (3, 4, 18, 19) des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise unterschiedlich verformungsresistent ausgebildet sind.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich (3, 4, 18, 19) des zumindest einen Werkstücks zumindest bereichsweise durch eine Abstützvorrichtung (6, 10, 24) abgestützt ist.
11.Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonation durch wenigstens ein Zündmittel (14, 25) gezündet wird, welches der Gruppe entnommen ist, die Glühkerzen, Heizdrähte, Zündkerzen, mikrowelleninduzierte Zündelemente, Zündkapseln und laserinduzierte Zündelemente umfasst.
12. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Detonationswelle (7) zumindest bereichsweise fortschreitend und/oder zumindest bereichsweise flächig auf zumindest eines der Werkstücke (3, 4, 18, 19) einwirkt.
13. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Ausbreitungsverhinderungsmittel vorgesehen ist, das eine weitere Ausbreitung einer Detonation des Detonationsmediums verhindert.
14. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächen der aufeinanderzupressenden Oberflächenbereiche der Teilbereiche (3, 4, 18, 19) des zumindest einen Werkstücks zueinander zumindest im Wesentlichen formkomplementär aus- gebildet sind.
15. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das Koppelmedium (15, 23) und/oder das Detonationsmedium (15, 23) mit einem Überdruck vorliegen.
16. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindung der Teilbereiche (3, 4, 18, 19) des zumindest einen Werkstücks zumindest teilweise gasdicht, insbesondere stoffschlüssig ausgebildet wird.
17. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Teilbereich (3, 4, 18, 19) des zumindest einen Werkstücks ein Material aufweist, welches der Gruppe entnommen ist, die Eisen, Kupfer, Aluminium, Eisenlegierungen, Kupferlegierungen, Aluminiumlegierungen, Stahl, Messing und Bronze umfasst.
18. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Werkstücke (3, 4, 18, 19) miteinander verbunden werden.
19. Gegenstand, aufweisend wenigstens zwei miteinander verbundene Teilbereiche zumindest einer Baugruppe, dadurch gekennzeichnet, das die Teilbereiche (3, 4, 18, 19) der zumindest einen Baugruppe zumindest teilweise mittels eines Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 18 verbunden wurden.
20. Gegenstand nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch wenigstens zwei miteinander verbundene Baugruppen (3, 4, 18, 19).
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