DE102007023669B4

DE102007023669B4 - Zündeinrichtung für das Explosionsumformen

Info

Publication number: DE102007023669B4
Application number: DE102007023669A
Authority: DE
Inventors: Andreas Stranz; Alexander Zak; Philipp Stoeger
Original assignee: Cosma Engineering Europe AG
Current assignee: Cosma Engineering Europe AG
Priority date: 2007-05-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2010-12-02
Anticipated expiration: 2027-05-23
Also published as: US9393606B2; CA2688133A1; DE102007023669A1; WO2008141729A1; US20100175449A1

Abstract

Zündeinrichtung (1) für das Explosionsumformen von Werkstücken (23) in einem Formwerkzeug (4), welche einen Zündmechanismus (5) und ein Zündrohr (2) aufweist, welches geeignet ist eine von dem Zündmechanismus (5) ausgelöste Explosionsfront zu dem in das Formwerkzeug (4) eingelegte Werkstück (23) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zündmechanismus (5) und dem Formwerkzeug (4) eine die Explosionsfront umleitende Bogenführung (3) vorgesehen ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinnchtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentaspruchs 1.
Aus der DE 10 2006 060 372 A1 ist ein Explosionsumformen eines in einem Formwerkzeug befindlichen Werkstücks bekannt. Dabei wird ein Gasgemisch im Inneren des Werkstücks durch eine Zündeinrichtung gezündet, und die sich ausbreitende Explosion prägt eine Endgestalt des Werkstücks aus.
In der Praxis werden handelsübliche Pressen zum Explosionsumformen nachgerüstet, in welchen der Zündeinrichtung meist nur ein geringer Bauraum in Verlängerung der horizontalen Werkzeug-Trennebene zur Verfügung steht. Zudem weisen die Formwerkzeuge je nach Werkstück unterschiedliche Anschlüsse auf. Daher ist die Anordnung von Zündmechanismus und Formwerkzeug zueinander in der Praxis problematisch.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Zündeinrichtung dahingehend zu verbessern, dass sie eine in der Praxis besser handhabbare Anordnung von Zündmechanismus und Formwerkzeug ermöglicht, welche den auftretenden Explosionskräften gerecht wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Zündeinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.
Die zwischen dem Zündmechanismus und dem Formwerkzeug angeordnete Bogenführung ermöglicht eine gewünschte Orientierung der Werkzeug-Trennebene bezüglich der Achse der Zündeinrichtung. Die Orientierung von Formwerkzeug und Zündeinrichtung kann sich an räumlichen Gegebenheiten orientieren. Zudem erlaubt diese Anordnung eine gute Entwicklung und Führung der sich ausbreitenden Explosion.
In einem günstigen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann die Bogenführung einen über ihre Länge gleichbleibenden Querschnitt aufweisen. Dadurch, dass sich die Explosion durch einen gleichbleibenden Querschnitt ausbreiten kann, kann deren Umlenkung weitgehend verlustarm erfolgen.
Vorteilhafterweise kann die Bogenführung einen über ihre Länge kontinuierlichen Verlauf aufweisen. Der kontinuierliche Verlauf kann ein gleichmäßiges Ausbreiten der Explosion durch die Bogenführung hindurch begünstigen, wodurch sich deren Energie gut weiterleiten lässt.
Es kann von Vorteil sein, wenn die Bogenführung eine über ihre Länge gleichbleibende Krümmung aufweist. Diese kann die Ausbreitung der Explosionsfront unterstützen.
In besonderer Weise kann die Bogenführung zwischen dem Zündrohr und dem Formwerkzeug vorgesehen sein. Dadurch kann das Zündrohr zu einem Anwachsen der Explosion genutzt werden, welche dann von der Bogenführung verlustarm in das Formwerkzeug eingeleitet werden kann.
In einer vorteilhaften Ausführungsform kann die Bogenführung Stahl und/oder Kupfer-Beryllium (Cu-Be) aufweisen. Diese Materialien können sich in besonderer Weise dazu eignen, den durch die Explosion auf sie einwirkenden Kräfte zu widerstehen.
In einer besonderen Ausführungsform kann die Bogenführung zumindest bereichsweise in Vollmaterial erodiert sein. Daraus kann sich eine Einteiligkeit der Bogenführung ergeben, welche eine gute Dichtigkeit in Verbindung mit einer großen Stabilität aufweisen kann.
In besonderer Weise kann die Bogenführung ein in einer zweiteiligen Form befindliches Rohr aufweisen. Dadurch können die Funktionen Dichtigkeit und Stabilität aufeinander abgestimmt umgesetzt werden. Die zweiteilige Form kann die Bogenführung gut zusammenhalten, und durch das Rohr vermag sich die Explosion gut auszubreiten.
In einer besonderen Verwendung kann die Bogenführung als Steigrohr bei einer gemischten Gas-Wasser-Füllung dienen. Dabei wird ein Gasgemisch über der Flüssigkeitsoberfläche gezündet, und die Energieübertragung erfolgt über die Phasengrenze Gas-Flüssigkeit hinweg. Dieses Verfahren kann die benötigte Gasmenge reduzieren, Verbrennungen des Werkstücks weitgehend vermeiden und die Flüssigkeit zusätzlich zur Kühlung nutzen. Dadurch, dass die Bogenführung winkelige Orientierungen von Formwerkzeug und Zündeinrichtung zueinander ausgleichen kann, wobei die Zündeinrichtung überwiegend gewinkelt ansteigend orientiert ist, kann durch die Verwendung der Bogenführung als Steigrohr auf ein zusätzliches Steigrohr für das Gas verzichtet werden. Zudem ermöglicht die Bogenführung einen guten Übergang von der sich ausbreitenden Explosion zu dem entstehenden Druck.
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Zündeinrichtung,
2A eine Bogenführung der Zündeinrichtung von 1 in perspektivischer Ansicht und
2B eine weitere Bogenführung der Zündeinrichtung von 1 in perspektivischer Explosionsdarstellung.
In 1 ist ein geschlossenes Formwerkzeug 4 mit Ober- 19 und Unterkasten 20 gebrochen dargestellt. Die Trennkante zwischen Ober- 19 und Unterkasten 20 ist hier gleichzeitig die horizontale Werkzeug-Trennebene 14 des Formwerkzeugs 4. Ein Ausbruch im Oberkasten 19 macht ein in einer Kavität 24 eingelegtes Werkstück 23 sichtbar. Eine Zündeinrichtung 1 hat einen Zündraum 21, in welchem ein Zündmechanismus 5, symbolhaft dargestellt durch einen Zündfunken, angeordnet ist. An den Zündraum 21 anschließend und dem Formwerkzeug 4 zugewandt befindet sich ein Zündrohr 2. Eine Längsachse 17 der Zündeinrichtung 1 verläuft in diesem Ausführungsbeispiel in der Vertikalen. Die Achse 17 der Zündeinrichtung 1 trifft unter einem Orientierungswinkel 18 auf die in gestrichelter Linie fortgeführte Werkzeug-Trennebene 14 des Formwerkzeugs 4. Der Orientierungswinkel 18 entspricht hier 90°, kann jedoch auch einen anderen Wert annehmen. Die gestrichelten Darstellungen der Zündeinrichtung 1 zeigen exemplarisch andere Orientierungen der Zündeinrichtung 1 bezogen auf das Formwerkzeug 4 und damit unterschiedliche Orientierungswinkel 18, so z. B. in den Bereichen von 30 bis 60°, 60 bis 80°, 80 bis 100°, 100 bis 130° und 130 bis 160°, wobei auch mehrere Bereiche zusammengefasst werden können. Dabei ist das Formwerkzeug 4 bzw. dessen Werkzeug-Trennebene 14 nicht zwingend in der Horizontalen, und die Zündeinrichtung 1 nicht zwingend in der Vertikalen orientiert; eine ein- oder beidseitig freie Anordnung ist somit möglich.
Zwischen dem Zündmechanismus 1 und dem Formwerkzeug 4, genauer gesagt hier zwischen dem Zündrohr 2 und dem Formwerkzeug 4, ist eine Bogenführung 3 mit gestrichelt dargestelltem Bogensegment raumfüllend angebracht. Diese Bogenführung 3 ist derart gestaltet, dass sie einen nahtlosen Übergang je zu dem Zündrohr 2 und zu der Kavität 24 des Formwerkzeugs 4 schafft. In diesem Beispiel handelt es sich um eine Bogenführung 3 mit einem konstanten inneren Querschnitt 22, das heißt einem gleichbleibenden lichten freien Durchgang, und gleichbleibender Krümmung 16 über die Länge 15 der Bogenführung 3 hinweg. Dem Gegenwinkel des Orientierungswinkels 18 entsprechend weist diese einen 90°-Bogen auf.
Dargestellt ist hier eine gemischte Gas-Wasser-Füllung, bei welcher das symbolhaft als Wellen gezeichnete Wasser 7 die Kavität des Formwerkzeugs 4, die Bogenführung 3 und einen Teil des Zündrohrs 2 ausfüllt. Der Restraum, namentlich der Zündraum 21 und der erhöht gelegene Teil des Zündrohrs 2 sind mit einem durch Punkte symbolisierten zündfähigen Gas 6 gefüllt. Die Phasengrenze verläuft somit innerhalb des Zündrohrs 2, welches dadurch als Steigrohr 11 fungiert; genauso gut kann jedoch auch die Bogenführung 3 als Steigrohr 11 verwendet werden oder das Gas 6 einen Teil der Kavität 24 des Formwerkzeugs 4 einnehmen. Eine reine Gasfüllung ist ebenfalls möglich.
Eine von dem Zündmechanismus 5 in der Zündeinrichtung 1 ausgelöste Explosion füllt den Zündraum 21 aus und pflanzt sich in dem Zündrohr 2 fort. Bei Erreichen der Phasengrenze zwischen dem Gas 6 und dem Wasser 7 wird die Energie auf das Wasser 7 übertragen. Der entstehende Druck wird verlustarm durch die Bogenführung 3 in das Innere des in dem Formwerkzeug 4 eingelegten Werkstücks 23 gelenkt. Dort führt dieser zu einem Anlegen des Werkstücks 23 an die Kavität 24 des Formwerkzeugs 4 und formt damit das Werkstück 23 um.
In 2A ist die Bogenführung 3 in Gänze aus einem Vollmaterial 8 z. B. durch Erodieren herausgearbeitet. Die unsichtbaren Umlaufkanten des Bogens in dem hier als Block ausgeprägten Vollmaterial 8 sind in gestrichelter Linie gezeichnet. Diese Bogenführung weist einen kontinuierlichen Verlauf über ihre Länge 15 hinweg auf und ist ebenfalls für ein Orientierungswinkel 18 zwischen Zündeinrichtung 1 und Werkzeug-Trennebene 14 von 90° gestaltet.
Ein einstückiger Guss der Bogenführung 3 ist ebenfalls möglich.
2B zeigt eine herstellungstechnische Variante von 2A mit mehrteiliger Bogenführung 3. Den eigentlichen Explosionsdurchlass bildet ein Rohr 10 im Inneren der Bogenführung 3. Dieses Rohr 10 wird in entsprechende Ausnehmungen 13 einer zweiteiligen Form 9 formschlüssig eingelegt. Über Verbindungen 12 wird die Form 9 zusammengesetzt, wobei sich eine vertikale Formteilung empfiehlt.
Der Bogen der Bogenführung 3 kann auch abweichend von den hier gezeigten Beispielen gestaltet sein, so z. B. als Korb- oder Parabelbogen oder Kateonide. Ein kontinuierlicher Verlauf der Bogenführung 3 empfiehlt sich jedoch in jedem Fall, genauso wie eine über die Länge 15 gleichbleibende Krümmung 16. Sofern anschlussseitig möglich, ist ein gleichbleibender Querschnitt 22 der Bogenführung 3 über ihre Länge 15 von Vorteil.

Claims

Zündeinrichtung (1) für das Explosionsumformen von Werkstücken (23) in einem Formwerkzeug (4), welche einen Zündmechanismus (5) und ein Zündrohr (2) aufweist, welches geeignet ist eine von dem Zündmechanismus (5) ausgelöste Explosionsfront zu dem in das Formwerkzeug (4) eingelegte Werkstück (23) zu leiten, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Zündmechanismus (5) und dem Formwerkzeug (4) eine die Explosionsfront umleitende Bogenführung (3) vorgesehen ist.
Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) einen über ihre Länge (15) gleichbleibenden Querschnitt (22) aufweist.
Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) einen über ihre Länge (15) kontinuierlichen Verlauf aufweist.
Zündeinrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) eine über ihre Länge (15) gleichbleibende Krümmung (16) aufweist.
Zündeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) zwischen dem Zündrohr (2) und dem Formwerkzeug (4) vorgesehen ist.
Zündeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) Stahl und/oder Kupfer-Beryllium (Cu-Be) aufweist.
Zündeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) zumindest bereichsweise in Vollmaterial (8) erodiert ist.
Zündeinrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) ein in einer zweiteiligen Form (9) befindliches Rohr (10) aufweist.
Verwendung der Bogenführung (3) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bogenführung (3) als Steigrohr (11) bei einer gemischten Gas (6)-Wasser(7)-Füllung dient.