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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen eines umzuformenden Gutes (1), insbesondere von Stangen, Rohren oder anderen Gütern mit gleichförmigem Querschnittsprofil mit elektromagnetischen Kräften.
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Beim Zugumformen, auch als Durchziehen bezeichnet, wird bisher der Querschnitt eines umzuformenden Gutes durch Ziehen durch eine gegenüber dem Querschnitt des umzuformenden Gutes verengte Öffnung eines Werkzeuges, nämlich der Ziehmatrize gezogen. Beim Ziehen von Rohren können die Matrizen mit einem weiteren Werkzeug, einem Stopfen (auch als Dorn bezeichnet), zusammenwirken. Es werden feststehende oder fliegende Stopfen verwendet.
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Das Zugumformen zählt zu den Kaltumformverfahren.
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Die Ziehwerkzeuge, d. h. die Matrizen und die Stopfen, bewirken beim Durchziehen der umzuformenden Güter mechanische Kräfte, welche den Querschnitt des umzuformenden Gutes verändern. Um eine große Veränderung des Querschnitts des umzuformenden Gutes zu erreichen, muss das Gut häufig in mehreren Schritten umgeformt, d. h. gezogen werden.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Umformen vorzuschlagen, mit dem in einem Schritt große Querschnittsveränderungen erreicht werden können.
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Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung mit folgenden Merkmalen gelöst, bei der das Umformen zumindest zum Teil durch elektromagnetische Kräfte erfolgt. Eine solche erfindungsgemäße Vorrichtung weist folgendes auf:
- – eine oder mehrere Spulen (2a, 3a) zur Erzeugung elektromagnetischer Felder,
- – eine Stromversorgungsanordnung, an welche die Spulen angeschlossen sind, und
- – einen ersten Antrieb, mit welchem eine Relativbewegung zwischen der Spule oder den Spulen (2a, 3a) dem umzuformenden Gut in eine erste Richtung oder entgegen der ersten Richtung erzeugbar ist,
- – wobei mittels der Stromversorgungsanordnung die Spule oder die Spulen periodisch aufladbar und entladbar ist bzw. sind, wodurch elektromagnetische Kräfte erzeugbar sind, die senkrecht zu der ersten Richtung stehen oder eine senkrecht zu der ersten Richtung stehende Komponente haben, mit welchen der Querschnitt des vom ersten Antrieb relativ zu der Spule oder den Spulen (2a, 3a) bewegten umzuformenden Gutes veränderbar ist.
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Die Querschnittsveränderung bewirkenden Kräfte werden bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung entweder ganz oder nur zum Teil durch die wenigstens eine Spule erzeugt. Es handelt sich dabei um elektromagnetische Kräfte, die auf das umzuformende Gut einwirken. Die umzuformenden Güter können ganz oder zum Teil aus elektrisch leitendem Material bestehen, auf welches die elektromagnetischen Kräfte einwirken.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist wenigstens eine Spule auf. Durch die Verwendung von mehreren hintereinander angeordneten Spulen kann die Einwirkung der elektromagnetischen Kräfte nicht nur an einem Punkt sondern an mehreren Punkten oder über eine Strecke erfolgen.
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Die elektromagnetischen Kräfte wirken periodisch auf das umzuformende Gut ein. Es besteht dadurch die Gefahr, dass es zu einer welligen oder stark welligen Oberfläche des umgeformten Gutes kommt. Durch eine an die Frequenz der periodisch wirkenden Kraft angepasste Relativgeschwindigkeit zwischen Spule und Gut oder durch die Verwendung von mehreren hintereinander angeordneten Spulen bei einer an die Frequenz der elektromagnetischen Kraft und die Abstände der Spulen angepassten Relativgeschwindigkeit kann eine Vergleichmäßigung der Krafteinwirkung erreicht werden.
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Die Vorrichtung kann wenigstens einen zweiten Antrieb aufweisen, mit welchem im umzuformenden Gut eine mechanische Spannung erzeugbar ist. Dadurch kann die Spannung innerhalb des umzuformenden Gutes erhöht werden, was zur Folge hat, dass die zur Umformung notwendige Kraft kleiner ist als bei einem nicht unter Spannung stehendem Gut. Zum Umformen müssen also geringere Umformkräfte aufgewendet werden wenn das umzuformende Gut unter Spannung steht. Die Vorrichtung weist vorteilhaft eine Steuerung oder eine Regelung auf, mit welcher der zweite Antrieb oder die zweiten Antriebe so ansteuerbar ist bzw. sind, dass die Kraft für den Gegenzug stets unter der Streckgrenze, insbesondere der oberen Streckgrenze des umzuformenden Gutes liegt.
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Der erste Antrieb kann den zweiten Antrieb oder einen der zweiten Antriebe bildeen.
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Die wenigstens eine Spule hat einen lichten, umwickelten Querschnitt, durch welchen das umzuformende Gut mittels des ersten Antriebs bewegbar ist. Die wenigstens eine Spule bildet dann ein Werkzeug ähnlich einer Ziehmatrize, mit welchem nach innen gerichtete Kräfte erzeugt werden können. Der lichte, umwickelte Querschnitt der Spule kann eine geeignete, ggf. an den Querschnitt des umzuformenden Gutes angepasste Form haben. Der lichte, umwickelte Querschnitt der wenigstens einen Spule kann kreisförmig, eckig, gerundet oder anders geformt sein.
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Die wenigstens eine Spule zur Querschnittsveränderung eines Hohlprofils durch elektromagnetische Kräfte kann in das Hohlprofil einführbar sein. Die wenigstens eine Spule bildet dann ein Werkzeug ähnlich einem Stopfen, mit welchem nach außen gerichtete Kräfte erzeugt werden können. Die äußere Kontur der Spule kann eine geeignete, ggf. an den lichten Querschnitt des umzuformenden Gutes angepasste Form haben. Die äußere Kontur der Spule kann kreisförmig, eckig, gerundet oder anders geformt sein. Die Spule kann mittels einer Stange oder einem Seil in Position gehalten werden.
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Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann zusätzlich ein Ziehwerkzeug zur Querschnittsveränderung des umzuformenden Gutes mittels mechanischer Kräfte aufweisen. Das Ziehwerkzeug kann in der ersten Richtung vor oder hinter der wenigstens einen Spule angeordnet sein. Ebenso ist es möglich, dass das Ziehwerkzeug in der Richtung an der gleichen Stelle wie die wenigstens eine Spule angeordnet ist. Das Ziehwerkzeug kann eine Ziehmatrize oder ein feststehender oder fliegender Stopfen sein.
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Während mit der wenigstens einen Spule zwar verschleißfrei eine Querschnittsveränderung bewirkt werden kann, kann es von Nachteil der Formung mittels elektromagnetischer Kräfte sein, dass die elektromagnetischen Kräfte periodisch aufgebracht werden, was zu der bereits erwähnten Welligkeit des umgeformten Profils führen kann. Mit einem Ziehen des mittels elektromagnetischen Kräften umgeformten Gutes durch eine Ziehmatrize und/oder über einen Stopfen kann eine solche Welligkeit beseitigt werden. Auch kann die Maßgenauigkeit des gezogenen Gutes verbessert werden. Sinnvoll kann es aber auch sein, dass in der Vorrichtung eine Spule mit einem Stopfen zusammenwirkt und ein Rohr mit von außen nach innen wirkenden, von der wenigstens einen Spule erzeugten elektromagnetischen Kräften und von innen nach außen wirkenden, vom ersten Antrieb und der Ziehmatrize erzeugten mechanischen Kräften geformt wird.
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Mit einer erfindungemäßen Vorrichtung kann ein Verfahren zum Umformen mit elektromagnetischen Kräften durchgeführt werden, wobei die wenigstens eine Spule mittels der Stromversorgungsanordnung periodisch aufgeladen und entladen wird, um pulsierende elektromagnetische Kräfte zu erzeugen, die auf das von dem ersten Antrieb in die erste Richtung gezogene Gut zum Erreichen einer Querschnittsveränderung einwirken.
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Während der Umformung kann durch den zweiten Antrieb eine mechanische Spannung in das umzuformende Gut aufgebracht werden, wodurch die für die Querschnittsveränderung notwendigen Kräfte kleiner sein können als bei einem Umformen ohne Spannung innerhalb des Gutes.
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Die Querschnittsveränderung kann in wenigstens zwei Schritten vollzogen werden und zwar in einem Schritt mittels durch die wenigstens eine Spule erzeugte elektromagnetische Kräfte und in einem weiteren Schritt mittels durch das wenigstens eine Ziehwerkzeug erzeugte mechanische Kräfte.
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Sinnvoll kann es sein, wenn zunächst die Querschnittsveränderung mittels elektromagnetischer Kräfte und danach die Querschnittsveränderung mittels mechanischer Kräfte erfolgt.
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Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der schematischen Abbildungen in den Zeichnungen erläutert. Darin zeigen
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1 eine erste Spule im Schnitt und eine durch die Spule geführte umzuformende Stange,
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2 die erste Spule im Schnitt und ein durch die Spule geführtes umzuformendes Rohr,
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3 die erste Spule im Schnitt, einen feststehenden Stopfen und ein durch die erste Spule und über den Stopfen geführtes umzuformendes Rohr,
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4 eine Ziehmatrize im Schnitt, eine feststehende zweite Spule als Stopfen und ein durch die Matrize und über die zweite Spule geführtes umzuformendes Rohr,
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5 die erste Spule im Schnitt, eine „fliegende” zweite Spule und ein durch die erste Spule und über die zweite Spule geführtes umzuformendes Rohr.
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Die in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele weisen zum Teil gleiche Bauteile oder Komponenten auf. Soweit die Bauteile oder Komponenten zumindest funktional einander entsprechen, sind in den Figuren die gleichen Bezugszeichen für diese Bauteile oder Komponenten verwendet.
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Die in den 1 bis 5 dargestellten Ausführungsbeispiele können miteinander kombiniert werden. So können einzelne Bauteile oder Komponenten aus dem einen Beispiel gegen Bauteile oder Komponenten aus einem anderen Ausführungsbeispiel ausgetauscht werden. Ferner ist es möglich, dass die in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele für einen zweistufigen oder mehrstufigen Zielvorgang hintereinander angeordnet werden.
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In den Figuren ist mit dem Bezugszeichen 1 ein umzuformendes Werkstück gekennzeichnet. Bei dem Werkstück handelt es sich im Fall der 1 um eine Stange oder einen Draht, während das Werkstück in den übrigen Figuren, den 2 bis 6 ein Rohr ist.
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Mit dem Bezugszeichen 2 ist eine Matrize bezeichnet, mit der auf bekannte Art und Weise eine Querschnittsverengung des umzuformenden Werkstücks 1 möglich ist. Anstelle einer Matrize 2 wird in den Ausführungsbeispielen gemäß der 1 bis 3 und der 5 eine erste Spule 2a verwendet, die zur Erzeugung von elektromagnetischen Kräften ausgebildet ist, die innerhalb des umzuformenden Werkstücks 1 radial nach innen wirken und so eine Querschnittsverengung des Werkstücks 1 bewirken. Die ersten Spulen 2a sind an nicht dargestellte Stromversorgungsanordnungen angeschlossen, mit denen die ersten Spulen 2a periodisch und pulsweise aufgeladen und entladen werden können. Das Auf- oder Entladen kann beispielsweise über einen oder mehrere Kondensatoren erfolgen, die je nach Stellung eines Schalters mit den ersten Spulen einen Reihenschwingkreis bilden oder von einer Gleichspannungsquelle aufgeladen werden.
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Mit dem Bezugszeichen 3 ist ein feststehender (3) bezeichnet, mit dem in Zusammenwirkung mit einer Matrize 2 oder einer ersten Spule 2a eine Wandstärkenreduzierung des umzuformenden Rohrs 1 erreicht werden kann. Anstelle des feststehenden oder fliegenden Stopfens 3 kann auch eine zweite Spule 3a verwendet werden, welche zur Erzeugung von elektromagnetischen Kräften ausgebildet sind, die innerhalb des umzuformenden Rohrs 1 radial nach außen wirken und so in Zusammenarbeit mit der Matrize 2 bzw. den ersten Spulen 2a die Wandstärkenreduzierung bewirken.
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Mit dem Bezugszeichen 21 bzw. 31 sind Zuleitungen zu der ersten Spule 2a bzw. der zweiten Spule 3a angedeutet, über die die Spulen 2a mit den nicht dargestellten Stromversorgungsanordnungen verbunden sind.
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Das Bezugszeichen 4 bezeichnet eine Stopfenstange des feststehenden Stopfens 3 bzw. der feststehenden zweiten Spule 2a.
