DE102006048431B4

DE102006048431B4 - Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen von Werkstücken

Info

Publication number: DE102006048431B4
Application number: DE102006048431A
Authority: DE
Inventors: Sergey Beverly Hills Golovashchenko
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2005-10-18
Filing date: 2006-10-12
Publication date: 2008-07-10
Anticipated expiration: 2026-10-13
Also published as: GB2431370A; US7467532B2; GB0620228D0; DE102006048431A1; US20070084261A1; GB2431370B

Abstract

Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen von Werkstücken mit:
– einer Solenoidspule (40), um ein elektromagnetisches Feld zu generieren; und
– einem Werkzeug (36, 70, 90, 110, 130, 130', 180, 180') zur Konzentration des elektromagnetischen Feldes, um einen Umformdruck gegen das Werkstück (12, 172) auszuüben, wobei das Werkzeug umfaßt:
– einen elektrisch leitfähigen Körper (52, 72,92, 112, 132, 182, 182') mit einem ersten Bereich (54, 134, 154) einem zweiten, dem Werkstück zugewandten Bereich (56, 136, 156) und einer sich zwischen den ersten und zweiten Bereichen erstreckenden Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158 und
– einen in der Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) angeordneten Isolator (62, 82 142, 142', 162), der Strom um die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) leitet, um den Druck zum Umformen des Werkstücks (12, 172) zu verteilen.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen von Werkstücken.
Elektromagnetisches Umformen ist ein Herstellungsverfahren, um ein Werkstück, wie ein Metallblech, zu formen. Beim elektromagnetischen Umformen übt ein gepulstes elektromagnetisches Feld Kraft oder Druck gegen das Werkstück aus. Insbesondere wird ein starkes elektromagnetisches Feld generiert, das Wirbelströme im Werkstück induziert. Das elektromagnetische Feld wechselwirkt mit den induzierten Wirbelströmen und stößt das Werkstück in eine Formoberfläche ab, wodurch das Werkstück mit einer erwünschten Form versehen wird.
Eine Übersicht des elektromagnetischen Umformen ergibt sich aus Golovashchenko „Material Formability in Electromagnetic Forming"; Journal of Materials Engineering and Performance, Vol. 16, Nr. 3.
Qualitätsprobleme, wie Materialversagen und Materialverwerfungen traten bei den Vorrichtungen nach dem Stand der Technik auf. Materialversagen, wie Reißen, kann während der Formschritte, wie Tiefziehen, auftreten. Materialverwerfungen können auftreten, wenn eine Spule mit mehreren Wicklungen dazu verwendet wird, das elektromagnetische Feld zum Umformen des Teils zu schaffen.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, die Nachteile des Standes der Technik zu vermeiden.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruches 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Bei mindestens einer Ausführungsform der Erfindung wird eine Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen eines Teils geschaffen. Die Vorrichtung umfaßt eine Solenoidspule mit mehreren Wicklungen zur Ausübung einer elektromagnetischen Kraft und ein in der Nähe der Solenoidspule mit mehreren Wicklungen ange ordnetes Werkzeug zur Konzentration der elektromagnetischen Kraft in Richtung des Werkstückes auf. Das Werkzeug umfaßt einen elektrisch leitfähigen Körper und einen Isolator. Der elektrisch leitfähige Körper besitzt einen ersten Bereich, einen zweiten Bereich, eine sich zwischen dem ersten und zweiten Bereich erstreckende Öffnung und einen Endabschnitt. Der Endabschnitt befindet sich nahe der Öffnung und hat mindestens eine Vertiefung. Die Vertiefung liegt neben der Öffnung und erstreckt sich teilweise durch den elektrisch leitenden Körper. Der Isolator ist in der Öffnung angeordnet und leitet Strom um die Öffnung. Die Öffnung und die Vertiefung arbeiten zusammen, um Stromfluß durch den elektrisch leitfähigen Körper, zur Erleichterung des elektromagnetischen Umformens des Werkstücks und um die Werkstückqualität zu verbessern, zu erhöhen
Nachfolgend wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen sowie der Zeichnung näher erläutert, auf die sie keinesfalls beschränkt ist. Darin zeigt:
1 eine Seitenansicht eines Systems mit einer Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen eines Werkstücks;
2–9 verschiedene Werkzeugausführungsformen die mit der Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen eines Werkstücks versehen werden können.
10 und 11 Ausführungsformen von Werkzeugendabschnitten, die mit den in den 2–9 gezeigten Werkzeugausgestaltungen versehen werden können.
12 eine graphische Darstellung eines Abschnitts eines Formwerkzeugs; und
13 eine Auftragung der Verteilung des elektromagnetischen Drucks auf das Werkstück gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Nachfolgend werden detailliert Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Nichtsdestoweniger sind diese Ausführungsformen lediglich beispielhaft für die Erfindung, die in verschiedenartigsten alternativen Formen Gestalt annehmen kann. Die Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, einige Merkmale können übertrieben oder verkleinert sein, um Details spezieller Komponenten zu zeigen.
Demzufolge sollen die spezifischen strukturellen und funktionellen Details, wie hier offenbart, nicht als begrenzend angesehen werden, sondern lediglich als repräsentative Basis für die Ansprüche und/oder um einem Fachmann eine Lehre, die Erfindung in verschiedener Weise einzusetzen, zu geben.
In 1 ist ein System 10 zum elektromagnetischen Umformen eines Werkstücks 12 gezeigt. Das Werkstück 12 kann jede geeignete Konfiguration haben. Beispielsweise kann das Werkstück 12 als Blech vorgelegt werden und aus jedem geeigneten Material, wie Metall, wie Aluminium, Stahl oder Kombinationen oder Legierungen derselben, hergestellt sein.
Das System 10 kann eine Formanordnung 14 und eine Formvorrichtung 16 umfassen.
Die Formanordnung 14 kann jede geeignete Konfiguration haben. In der in 1 dargestellten Ausführungsform umfaßt die Formanordnung 14 eine Form 20 mit einer Formgravur 22, die so ausgelegt ist, dass sie eine erwünschte Form für das Werkstück 12 liefert. Die Formanordnung kann auch einen zweiten Abschnitt oder Halter 24 aufweisen, der so ausgelegt sein kann, dass er mindestens einen Teil des Werkstücks 12 gegen die formende Form hält. Der Halter 24 und/oder die formende Form 20 können gegeneinander bewegbar sein. Beispielsweise kann der Halter 24 so konfiguriert sein, dass er sich zwischen einer zurückgezogenen Position, in der der Halter 24 mit Abstand gegenüber dem Werkstück 12 liegt und einer ausgefahrenen Position, in welcher der Halter 24 eine Kraft gegen das Werkstück 12 ausübt, um das Werkstück 12 gegen die formende Form 20, wie in 1 gezeigt, zu halten.
Die Formanordnung 14 kann jede Werkstückumformung oder Formgebungsoperation erleichtern. Beispielsweise kann die Werkzeuganordnung 14 das elektromagnetische Umformen wie auch nicht elektromagnetische Form, Betriebsweisen wie Tiefziehen, Richten im Gesenk, Bördeln und/oder Lochen. Aus Gründen der Klarheit sind viele der mit diesen nicht-elektromagnetischen Umform-Betriebsweisen verbundenen Merkmale aus 1 weggelassen.
Bei mindestens einer Ausführungsform kann das Werkstück 12 zumindest teilweise vor dem elektromagnetischen Umformen geformt sein. Beispielsweise kann das Werkstück 12, das zunächst als ein allgemein ebenes Blech geliefert wird, teilweise gegen die formende Form 20 geformt werden, so daß sich ein Hohlraum 26 zwischen einem Abschnitt des Werkstücks 12 und der formenden Form 20 befindet. Der Hohlraum 26 kann an einer oder mehreren Stellen vorgesehen sein, wo eine Anfangsformoperation nicht geeignet ist, um das Werkstück 12 mit einem erwünschten Qualitätsniveau zu versehen. Elektromagnetisches Umformen kann eingesetzt werden, um die Formhohlräume in diesem Bereichen auszufüllen, die andernfalls schwierig zu füllen wären.
Die Formvorrichtung 16 kann das elektromagnetische Umformen des Werkstücks 12 erleichtern. Die Formvorrichtung 16 kann jede geeignete Konfiguration haben und eine Spulenanordnung 30, ein Kühlsystem 32, einen elektromagnetischen Pulsgenerator 34 und einen Konzentrator oder Fernwerkzeug 36 umfassen. Zusätzlich kann die Formvorrichtung 16 gegenüber der Formanordnung 14 bewegbar sein, wie durch den Doppelplan in 1 bezeichnet.
Die Spulenanordnung 30 kann jede geeignete Konfiguration haben. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Spulenanordnung 30 eine Solenoidspule 40, die in einem Gehäuse 42 angeordnet ist. Eine typische Spulenanordnung ist in der US-Patentanmeldung 10/967,978 mit Anmeldetag vom 10.10.2004 beschrieben, die auf den Anmelder der vorliegenden Erfindung übertragen wurde und auf die zur Vermeidung von Wiederholungen in vollem Umfang Bezug genommen wird.
Die Solenoidspule 40 kann als solche mit einer einfachen Wicklung oder mit mehreren Wicklungen aus elektrisch leitfähigem Material, wie Stahl oder Bronze, ausgebildet sein. Die Solenoidspule 40 kann im Gehäuse 42 angeordnet sein und ein oder mehrere Isolationsteile (nicht gezeigt) umfassen, die zwischen der Spule 14 und dem Gehäuse 42 und/oder zwischen einer oder mehreren Wicklungen der Spule 40 angeordnet sind. Bei der in 1 gezeigten Ausführungsform ist eine flache mehrfach gewickelte Solenoidspule 40 vorgesehen, in der die Wicklungen der Spule 40 voneinander mit Abstand angeordnet sind, um Kurzschlußbildung zu vermeiden. Ggf. kann ein oder mehrere nicht-leitfähige Verstärkungsteile (nicht gezeigt) neben den Wicklungen der Spule 40 oder durch diese verlaufen und/oder Isolationsteile, um Expansion der Spule 40 während des Betriebs zu verhindern. Die Solenoidspule 40 kann als flache Spule vorgesehen sein, um Haltbarkeit und hohe Wirksamkeit für die Herstellung großer Volumina zu schaffen, wie der Herstellung von Automobilteilen.
Das Kühlsystem 32 kann Fluid liefern, wie gasförmiges oder flüssiges Kühlmittel, um die Spule 40 zu kühlen, thermische Belastungen zu verringern und das Betriebsverhalten zu verbessern.
Der elektromagnetische Pulsgenerator 33 kann elektrisch mit der Spule 40 gekoppelt sein und jede geeignete Konfiguration haben. Beispielsweise kann der elektromagnetische Pulsgenerator 34 mindestens eine Spannungsquelle, wie eine oder mehrere Kapazitäten, umfassen, die entladen werden können, um Stromfluß durch die Spule 40 zur Generation eines starken elektromagnetischen Feldes zu liefern.
Das Formgebungswerkzeug 36 kann neben der Spulenanordnung 30 angeordnet sein und die elektromagnetische Kraft gegen das Werkstück 12 konzentrieren. Das Formgebungswerkzeug 36 kann in verschiedenen Ausführungsformen, wie in den 1–9 gezeigt, vorgesehen sein. Bei jeder Ausführungsform umfaßt das Formgebungswerkzeug einen elektrisch leitfähigen Körper aus elektrisch leitfähigem Material, wie Metall, wie Stahl, Aluminium, Messing, Kupfer oder Kombinationen oder Legierungen derselben. Der elektrisch leitfähige Körper umfaßt eine Öffnung. Ein Isolator, wie Vakuum, Luft oder ein allgemein elektrisch nicht leitendes Material, wie Micarta^® kann in der Öffnung vorgesehen sein, um Stromfluß in derselben zu verhindern. Als solches arbeiten die Öffnung und/oder der Isolator zusammen, um Stromfluß um die Öffnung zu leiten, wodurch der Stromflussweg gegenüber einem Formwerkzeug ohne Öffnung verlängert wird. Der längere Stromflussweg kann die Qualität eines elektromagnetisch geformten Abschnitts des Werkstücks 12 verbessern, indem die Verteilung der elektromagnetischen Kraft verbessert wird und/oder Materialversagen oder Verwerfungen vermieden werden.
In den 2–9 sind die elektrischen Verbindungen zwischen dem Formwerkzeug und dem elektromagnetischen Pulsgenerator aus Klarheitsgründen weggelassen.
Bei jeder dieser Ausführungsformen kann Strom durch das Formwerkzeug um die Öffnung in jeder geeigneten Richtung fließen, wie in Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn.
In 1, 2a und 2b ist eine erste Ausführungsform des Formwerkzeugs 36 gezeigt. in der dargestellten Ausführungsform umfaßt das Formwerkzeug 36 einen elektrisch leitfähigen Körper 52 mit einem ersten Bereich 54, einem zweiten Bereich 56 gegenüber dem ersten Bereich 54, einer Öffnung 58, die sich zwischen den ersten und zweiten Bereichen 54, 56 erstreckt und eine Endoberfläche 60, um elektromagnetische Kraft in Richtung des Werkstücks aufzubringen oder zu konzentrieren. Die Öffnung 58 ist in Form eines im wstl. umgekehrten T dargestellt, wobei die Spitze des T in Richtung der Endoberfläche 60 gerichtet ist. Die T-Form unterstützt die Verlängerung des Stromflussweges durch den elektrisch leitfähigen Körper 52. Ein Isolator 62 kann an der Öffnung 58 vorgesehen sein und die Widerstandsfähigkeit und Haltbarkeit des Formwerkzeugs 36 stützen.
In den 3a und 3b sind zwei Ausführungsformen des Formwerkzeugs 70 gezeigt. In dieser Ausführungsform umfaßt das Formwerkzeug 70 einen elektrisch leitfähigen Körper 72 und einen ersten Bereich 74, einen zweiten Bereich 76 gegenüber dem ersten Bereich 74, eine Öffnung 78, die sich zwischen den ersten und zweiten Bereichen 74, 76 erstreckt und eine gebogene Endoberfläche 80. Die Öffnung 78 ist mit der allgemein umgekehrten T-Form dargestellt, wobei die Spitze des T in Richtung der gebogenen Endoberfläche 80 orientiert und in allgemein der gleichen Weise wie die gebogene Endoberfläche 80 gebogen ist. Ein Isolator 82 kann in der Öffnung 78 vorgesehen sein und die Werkzeugstärke und Haltbarkeit verbessern, wie bereits beschrieben.
In den 4a und 4b ist eine dritte Ausführungsform des Formwerkzeugs 90 gezeigt. In dieser Ausführungsform besitzt der elektrisch leitfähige Körper 92 eine im allgemeinen T-förmige Öffnung 98, wie auch bereits unter Bezugnahme auf die 2a und 2b beschrieben. Zusätzlich ist die Öffnung 98 durch eine gewellte oder schlangenartige Öffnungswand 104 begrenzt, die viele gebogene Oberflächen umfaßt. Die Öffnungswand 104 kann den Stromflussweg durch den Körper 72 und seine Oberfläche, die dem Werkstück 12 gegenüber liegt, mehr verlängern als eine allgemein lineare Wand, um die Qualität und Effizienz des elektromagnetischen Umformens zu verbessern. Die gewellte Öffnungswand 104 kann um die gesamte Oberfläche 98 oder nur in einem Teil derselben in verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung vorgesehen sein.
In den 5a und 5b ist eine vierte Ausführungsform des Formwerkzeugs 110 gezeigt. Diese Ausführungsform ähnelt der in 3a und 3b dargestellten Ausführungsform. Das Formwerkzeug 110 umfaßt einen elektrisch leitfähigen Körper 112 mit einer gebogenen, allgemein T-förmigen Öffnung 118. Mindestens ein Teil der Öffnung 118 wird durch eine gewellte oder gewellte Öffnungswand 124 begrenzt, die den Stromflussweg verlängert und die Werkstückqualität, wie oben beschrieben, verbessern kann.
In den 6a und 6b ist eine fünfte Ausführungsform des Formwerkzeugs 130 gezeigt. Diese Ausführungsform ähnelt der in den 2a und 2b und umfaßt einen elektrisch leitfähigen Körper 132 mit einem ersten Bereich 134, einem zweiten Bereich 136 gegenüber dem ersten Bereich 134, eine allgemein T-förmige Öffnung 138, die sich zwischen den ersten und zweiten Bereichen 134, 136 erstreckt und eine Endoberfläche 140. Ein Isolator 142 ist in der Öffnung 138 angeordnet und füllt diese im Allgemeinen aus. Ferner kann das Formwerkzeug 130 mindestens eine Vertiefung 144 umfassen, die sich von der Öffnung 138 in Richtung der Endoberfläche 140 erstreckt. Die mindestens eine Vertiefung 144 kann sich von der ersten Bereich 134 in Richtung der zweiten Bereich 136 erstrecken. Zusätzlich kann der Isolator 142 mindestens teilweise ein oder mehrere Vertiefungen 144 ausfüllen, wie aus 6b ersichtlich, um die Haltbarkeit und Widerstandsfähigkeit des Formwerkzeugs 130 zu unterstützen. Alternativ kann die mindestens eine Vertiefung 144 nicht oder nur teilweise mit dem Isolator 142' ausgefüllt sein, wie in einer sechsten Ausführungsform des Formwerkzeugs 130' in den 7a und 7b gezeigt ist.
In den 8a und 8b ist eine siebte Ausführungsform des Formwerkzeugs 150 gezeigt. Bei dieser Ausführungsform umfaßt das Formwerkzeug 150 einen Körper 152 mit einem ersten Bereich 154, einem zweiten Bereich 156, einer Öffnung 158 mit einer gewellten Öffnungswand und einer Endoberfläche 160. Ein Isolator 162 ist in der Öffnung 158, wie vorbeschrieben, angeordnet. Ferner ist zusätzlich eine Vertiefung 164 entlang der Endoberfläche 160 vorgesehen, die sich in Richtung der Öffnung 158 erstreckt. Die Vertiefung 164 kann jede geeignete Konfiguration haben, wie die in 8a gezeigte allgemein halbkreisförmige Konfiguration. Der erste und zweite Ausläuferabschnitt 166, 168 können sich von der Öffnung 158 in Richtung der Endoberfläche 160 entlang entgegengesetzter Seiten der Vertiefung 164 zur weiteren Verlängerung des Stromflussweges erstrecken. Die ersten und zweiten Ausläuferabschnitte 166, 168 können mit Abstand von der Endoberfläche 160 und der Vertiefung 164 angeordnet sein. Zusätzlich kann der Isolator 162 mindestens teilweise die Ausläuferabschnitte 166, 168 in verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung ausfüllen.
In 9 sind zwei Formwerkzeuge 150, wie unter Bezugnahme auf die 8a und 8b beschrieben, gezeigt. Die Formwerkzeuge 150 sind einander gegenüberliegend mit Abstand voneinander angeordnet, sodass die Vertiefungen 164 der Werkzeuge 150 zusammenarbeiten, um eine im Wesentlichen kreisförmige Kammer 170 zu begrenzen. Ein Werkstück 172 kann in die Kammer 170 verbracht und elektromagnetisch gegen einen Kern geformt werden, wenn elektromagnetische Kraft durch jedes Werkzeug 150 ausgeübt wird.
In den 10 und 11 sind vergrößerte Ansichten eines aus zwei verschiedenen Materialien bestehenden Formwerkzeugs gezeigt. In den 10 und 11 hat die End- oder Arbeitsoberfläche des Formwerkzeugs 180, 180' ein Ende 182, 182', das aus einem Material mit höherer Leitfähigkeit als der benachbarte Abschnitt des Formwerkzeugs 180, 180' hergestellt sein kann, um die Verteilung der elektromagnetischen Kraft zu verbessern. In 10 ist das Ende 182 als eine Schicht im Wesentlichen gleichmäßiger Dicke ausgebildet. In 11 ist das Endmerkmal 182' mit ungleichmäßiger Dicke ausgestaltet. Die Enden 182, 182' können aus jedem geeignetem Material, wie Kupfer, Aluminium, niedrig gekohltem Stahl oder Messing hergestellt sein. Ferner können die Enden 182, 182' in jeder geeigneten Weise ausgestaltet sein, sowie mit jeder geeigneten Oberflächenbeschichtungsverfahren (beispielsweise Spritzen, Plattieren, elektrostatisches Beschichten etc.) oder als getrennt hergestellte Komponenten, die in jeder geeigneten Weise befestigt sein kön nen. Diese Materialienausführungsformen können bei jeder der Formwerkzeugausführungsformen der Erfindung vorgesehen sein.
In 12 ist ein Querschnitt durch einen Endbereich eines Formwerkzeugs gezeigt. Ein mit α bezeichneter Winkel wird in Grad entgegen dem Uhrzeigersinn gegenüber einer allgemein horizontalen Linie, die sich rechts von einem Scheitelpunkt erstreckt, gemessen.
In 13 ist der Winkel α auf der horizontalen Achse und die Verteilung des elektromagnetischen Druckes entlang der vertikalen Achse aufgetragen. Die Auftragung zeigt, dass der elektromagnetische Druck in der Größenordnung von etwa 25 bis 30 MPa zwischen etwa 150° bis 300° erhöht ist. Der Winkelbereich entspricht allgemein der gebogenen Oberfläche des im obersten Abschnitt der 12 gezeigten Formwerkzeugs, das elektromagnetische Kraft gegen das Werkstück konzentriert. Die Auftragung zeigt dass die Erfindung eine im Wesentlichen gleichmäßige Verteilung des elektromagnetischen Drucks entlang der Kraftkonzentrationsfläche des Formwerkzeugs unterstützt, was Verwerfen des Werkstücks und andere Oberflächendefekte zu verhindern hilft.
Während die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsformen detailliert beschrieben wurde, ist dem Fachmann, an den sich diese Beschreibung richtet, offensichtlich, dass verschiedenste alternative Ausführungsformen und Auslegungen zur Durchführung der Erfindung möglich sind, wie durch die anliegenden Ansprüche definiert sind.

10: System
12: Werkstück
14: Formanordnung
16: Formvorrichtung
20: Form
22: Formgravur
24: Halter
26: Hohlraum
30: Spulenanordnung
32: Kühlsystem
34: elektromagnetischer Pulsgenerator
36: Fernwerkzeug
40: Solenoidspule
42: Gehäuse
52: Körper
54: erster Bereich
56: zweiter Bereich
58: Öffnung
60: Endoberfläche
62: Isolator
70: Formwerkzeug
72: Körper
74: erster Bereich
76: zweite Bereich
78: Öffnung
80: gebogene Endoberfläche
82: Isolator
90: Formwerkzeugs
92: elektrisch leitfähiger Körper
98: Öffnung
104: Serpentinenwand
110: Formwerkzeug
112: elektrisch leitfähiger Körper
118: Öffnung
124: gewellte Öffnungswand
130: Formwerkzeug
130': Formwerkzeug
132: elektrisch leitfähigen Körper
134: erster Bereich
136: zweiter Bereich
138: Öffnung
140: Endoberfläche
142: Isolator
142': Isolator
144: Vertiefung
150: Formwerkzeug
152: Körper
154: erster Bereich
156: zweiter Bereich
158: Öffnung
160: Endoberfläche
162: Isolator
164: Hohlraum
166: erster Ausläuferabschnitt
168: zweiter Ausläuferabschnitt
170: Kammer
172: Werkstück
180: Formwerkzeug
180': Formwerkzeug
182: Ende
184': Ende

Claims

Vorrichtung zum elektromagnetischen Umformen von Werkstücken mit: – einer Solenoidspule (40), um ein elektromagnetisches Feld zu generieren; und – einem Werkzeug (36, 70, 90, 110, 130, 130', 180, 180') zur Konzentration des elektromagnetischen Feldes, um einen Umformdruck gegen das Werkstück (12, 172) auszuüben, wobei das Werkzeug umfaßt: – einen elektrisch leitfähigen Körper (52, 72,92, 112, 132, 182, 182') mit einem ersten Bereich (54, 134, 154) einem zweiten, dem Werkstück zugewandten Bereich (56, 136, 156) und einer sich zwischen den ersten und zweiten Bereichen erstreckenden Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158 und – einen in der Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) angeordneten Isolator (62, 82 142, 142', 162), der Strom um die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) leitet, um den Druck zum Umformen des Werkstücks (12, 172) zu verteilen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (62, 82 142, 142', 162) Luft ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (62, 82 142, 142', 162) ein elektrisch nicht leitfähiges Material ist, das die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) zur Strukturverstärkung des Werkzeugs füllt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) eine sich zwischen den ersten und zweiten Bereichen erstreckende gewellte Öffnungswand umfaßt, die Stromfluß durch den elektrisch leitfähigen Körper und in Richtung einer neben dem Werkzeugende liegenden Arbeitsoberfläche gegenüber dem Werkstück (12, 172) zu leiten.
Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) eine Öffnungswand aufweist, wobei der am nächsten an der Endoberfläche befindliche Endabschnitt der Öffnungswand und die Endoberfläche gebogen sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) eine im Wesentlichen T-förmige Konfiguration besitzt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) eine Öffnungswand aufweist, wobei mindestens ein Abschnitt der Öffnungswand gewellt ist, was den Stromfluß durch den elektrisch leitfähigen Körper in Richtung eines nahe des Werkzeugendes angeordneten Werkstücks (12, 172) erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkzeug eine Endoberfläche und eine Vertiefung, die sich von der Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) in Richtung der Endoberfläche erstreckt, umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Vertiefung sich von einem ersten Bereich in Richtung des zweiten Bereichs erstreckt und wobei der Isolator (62, 82 142, 142', 162) zumindest teilweise die Vertiefung ausfüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch leitfähige Körper ein Ende aus einem Material höherer Leitfähigkeit als der benachbarte Abschnitt des elektrisch leitfähigen Körpers besitzt, um die Druckverteilung zum Umformen des Werkstücks (12, 172) zu erleichtern.
Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) durch eine gewellte Öffnungswand begrenzt ist, die den Stromflussweg durch den elektrisch leitfähigen Körper in Richtung einer nahe dem Werkstück (12, 172) gegenüberliegenden Werkzeugende befindlichen Arbeitsoberfläche verlängert.
Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das Werkzeug eine sich von der Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) in Richtung der Endoberfläche erstreckende Vertiefung aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sich die Vertiefung vom ersten Bereich in Richtung des zweiten Bereichs erstreckt und der Isolator (62, 82 142, 142', 162) zumindest teilweise die Vertiefung ausfüllt.
Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) durch eine gewellte Öffnungswand (58, 78, 98, 118, 138, 158) begrenzt ist, die sich um die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der elektromagnetische Körper einen neben der Endoberfläche angeordneten Hohlraum aufweist, der im Wesentlichen halbkreisförmig ist.
Vorrichtung nach Anspruch 15, wobei die Öffnung (58, 78, 98, 118, 138, 158) erste und zweite Erstreckungsabschnitte, die von dem Hohlraum mit Abstand angeordnet sind und sich in Richtung des Endabschnitts so erstrecken, dass die ersten und zweiten Erstreckungsabschnitte auf gegenüberliegenden Seiten des Hohlraums verlaufen, aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (62, 82 142, 142', 162) das Werkzeug gegen Belastungen verstärkt.