084-Explosionsformen
Die Episode
Transkript
Es ist mal wieder Zeit für ein bisschen Fertigungstechnik. Und heute geht es um ein eher exotisches Umformverfahren, das man sich zunächst gar nicht als solches vorstellen kann. Mit Explosionen verbinden wir im Alltag eher die Zerstörung von Objekten und das meistens eher unkontrolliert. Diese riesige Kraft können wir jedoch kontrolliert beim Explosionsumformen einsetzen. Dieses Verfahren ist eine Sonderform des Tiefziehens, und zwar mit Wirkenergie oder einem Wirkmedium. Diesem Verfahren wird von der DIN 8584-3 die Ordnungsnummer 2.2.2.2.2.2 zugewiesen.
Aber warum genau sollte man so eine rohe Gewalt dort einsetzen, wo Genauigkeit gefragt ist? Bei diesem Umformverfahren ist das Werkstück wie beim gewöhnlichen Tiefziehen meist ein Metallblech, welches auch hier wieder über einer Matrize gelegt wird, die die spätere Form enthält. Das Blech wird mit hoher Kraft auf der Matrize festgespannt und so gegen eine Dichtung gedrückt. Denn zwischen Blech und Matrize befindet sich zu dem Zeitpunkt noch Luft. Diese wird entfernt, sodass ein nahezu evakuierter Raum zwischen Blech und Matrize vorliegt. Das ist wichtig, um gewährleisten zu können, dass sich das Blech auch vollständig in die Matrize drückt. Diese Struktur wird dann in ein Wasserbecken gelassen und eine Sprengladung in definierten Abstand angebracht. Anschließend wird dieser gezündet. Die entstehende Stoßwelle trifft auf das Metall und presst es innerhalb von Millisekunden mit bis zu 300m/s in die gewünschte Form. Anstelle von Wasser wird in einigen Fällen auch eine sogenannte Pufferplatte zischen Sprengstoff und Blech verwendet.
Warum Wasser? Wasser eignet sich hervorragend dazu, Druckwellen gleichmäßig zu übertragen, da es im Gegensatz zu Luft stark inkompressibel ist. Gleichzeitig schützt es das Werkstück vor lokalen Schäden und verteilt die Energie kontrollierter. Dadurch entsteht eine relativ gleichmäßige Umformung. Und genau dadurch eignet sich eine solche Wirkenergie ebenfalls für ein Verfahren, bei dem enge Toleranzen bis IT6 gefertigt werden. Zu den weitläufigsten Toleranzen zählen z.B. in der Luft- und Raumfahrttechnik eine generelle Formabweichnung von 0,1% bis 0,3%. Das lässt sich jedoch schlecht pauschalisieren, da es eine starke Werkstoffabhängigkeit gibt.Eine andere Möglichkeit der Anwendung besteht bei der Fertigung größer kugelförmiger Behälter. Eine solche Kugelform aus einzelnen Blechen zusammen zu schweißen oder zu nieten ist sehr kostspielig. Hierbei macht man sich die Symmetrie der Explosion zunutze, die sich in alle Richtungen gleich ausdehnt und so die Kugeloberfläche aus einem ursprünglich aus verschiedenen Blechen bestehenden eckigen Körper schafft.
Diese Anwendung liefert auch gleich die Antwort auf die Frage: Warum macht man das überhaupt? Warum nutzt man Explosionen, wenn es doch riesige Pressmaschinen gibt? Die Antwort liegt vor allem in der Größe und Komplexität bestimmter Bauteile. Manche Metallteile zum Beispiel große Kuppeln, Flugzeugbauteile oder spezielle Druckbehälter wären mit klassischen Pressen nur sehr schwer oder extrem teuer herzustellen. Eine mechanische Presse müsste dafür hohe Kräfte aufbringen können. Das bedeutet u.a. große Maschinen für große Bauteile, massive Werkzeuge und entsprechend hohe Kosten. Beim Explosivumformen übernimmt dagegen die Explosion die Energieversorgung. Dadurch kann man große oder schwer umformbare Bauteile herstellen, ohne gigantische Industriepressen zu benötigen. Besonders in der Luft- und Raumfahrt war das Verfahren deshalb zeitweise sehr interessant. Dort arbeitet man oft mit hochfesten Materialien wie Titan oder speziellen Aluminiumlegierungen, die sich konventionell nur schwer bearbeiten lassen. So z.B. auch die hitzeresistenten Spitzen von Raketenkuppeln für die NASA.
Hoffentlich konnte diese kurze Zusammenfassung zu einem sehr vielseitigen Umformverfahren einen spannenden Einblick in diese Nische geben und zeigen, dass man nicht immer konventionell denken muss. Und vielleicht ist genau das die spannendste Erkenntnis: Beim Explosivumformen wird eine Explosion – etwas, das wir normalerweise mit Zerstörung verbinden – genutzt, um hochpräzise Bauteile herzustellen. Es zeigt, dass Technologie oft dort entsteht, wo man lernt, scheinbare Gegensätze miteinander zu verbinden. Und damit verabschiede ich mich für heute. Vielen Dank fürs Zuhören und bis zur nächsten Folge
geschrieben von Sebastian Semrau
gesprochen von Benjamin Remmers
