DE1452668A1 - Verfahren zur Formung eines elektrisch leitenden Werkstuecks und Vorrichtung zur Durchfuehrung dieses Verfahrens - Google Patents

Description

Dipl-Ing. F.Weickmann, Dr. Ing. A/Weickmann, Dipi^-Ing. H.Weickmann Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Patentanwälte

8 MÜNCHEN 27, möhlstrasse 22, rufnummer «3921/22 | 4 5 2 Q 6

GENERAL DYNAMICS CORPORATION

One Rockefeiler Plaza, New York, N.Y. USA

Verfahren zur Formung eines elektrisch leitenden Werkstücks und Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Frmung von elektrisch leitenden Materialien durch die Enffgie eines magnetischen Wechselfeldes.

Es sind Verfahren und Vorrichtungen zur Formung mittels magnetischer Wechselfelder hoher feldstärke bekannt. Dabei wird ein Stromimpuls hoher Stromstärke durch einen elektrischen Leiter geschickt, als dessen Folge ein Impulsförmiges Magnetfeld hoher feldstärke auftritt. In einem in diesem Magnetfeld angeordneten-leitenden Werkstück wird ein Stromimpuls induziert, welcher mit dem

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Magnetfeld in Wechselwirkung tritt; damit entsteht eine auf das Werkstück einwirkende Kraft. Ist diese Kraft genügend groß, so wird das Werkstück verformt. Die Art der Verformung hängt von der Form des Magnetfeldes und der Position des Werkstücks in diesem ab. Durch wiederholte Stromimpulse im Leiter kann eine Serie von Verformungsimpulsen auf das Werkstück zur -Einwirkung kommen.

Eine Reduzierung des Querschnitts eines Werkstücks, wie beispielsweise ein längliches Rohr, kann bei einer magnetischen Formvorrichtung so vorgenommen werden, daß eine, an eine Stromimpulsqiielle angeschlossene isolierte Spule konzentrisch um das Werkstück angebracht wird. Die ötromimpulse in der Spule induzieren Stromimpulse im Oberflächenbereich des Werkstücks, wodurch eine entlang des Radius der Spule nach innen gerichtete Kraft auf das Werkstück wirkt.

In manchen Fällen ist es 'erwünscht, eine größere Kraft zur Formung eines länglichen Werkstücks zu erhalten, als es bei der oben beschriebenen Vorrichtung möglich ist. In anderen Fällen ist es wünschenswert _f die deformierende Kraft auf Punkte in Längsrichtung oder in Umfangsrichtung des länglichen Werkstücks zu konzentrieren. Diese Forderungen werden durch einen Magnetfeldformer erfüllt, der für die Behandlung eines längliohen Werkstücks die Form

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eines zylindrischen leitenden Körpers "besitzt und konzentrisch im Zentrum der Spule angeordnet ist. %■ "besitzt eine zaatrale, in Achsenrichtung verlaufende Öffnung, in die das Werkstück eingesetzt wird. Das Werkstück ist von der Innenfläche des Magnetfeldformers isoliert« Das durch die Spule erzeugte impulsförmige Magnetfeld induziert einen auf die innere Oberfläche des Magnetfeldformers konzentrierten impulsförmigen Strom* Dieser Strom erzeugt ein Magnetfeld in der zentralen öffnung, das wegen der durch den verringerten Querschnitt erhöhten Fiußdichte in der Öffnung eine höhere Feldstärke als das durch die Spule erzeugte Magnetfeld besitzt«

Die Flußdiehte und damit auch die auf das in der Öffnung "befindliche Werkstück wirkende Kraft sind von der Gestalt der Innenfläche des Magnetfeldformers und der relativen lage des Werkstücks zu dieser Innenfläche abhängig. Die Flußdiehte kann in bestimmten Fällen durch nach innen gerichtete Vorsprünge an der Innenfläche des Magnetfeldformeis erhöht werden« Beispielsweise kann ein Eohr in seinem mittleren Bereich eine Quersehnittsverengung erfahren, wenn ein Magnetfeldformer mit einem von seiner Innenfläche nach innen gerichteten Flansch verwendet wird. Der Magnetfeldformer erhält damit eine enge Einschnürung*

In be«timmten Fällen besitzt das Werkstück keinen zylindrischen oder über seine länge konstanten Querschnitt, sondern

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weist auf beiden Seiten des zu formenden Bereichs größeren Querschnitt auf. IJles ist beispielsweise der Fall, wenn das Werkstück angeflanschte oder sich nach außen erweiternde Enden besitzt. In solchen Fällen ist es schwierig, · oder gar unmöglich,den zu formenden Bereich in.geeigneter Weise durch eine Längsbewegung in Achsrichtung in bekannte Magnetfeldformer einzusetzen.

Bin Verfahren zur Formung eines elektrisch leitenden Werkstücks, bei dem das Werkstück in der Öffnung eines ringförmigen leitenden Körpers mit einer zusammenhängenden, seine Innen- und Außenflächen einschließenden leitenden Oberfläche angeordnet ist und bei dem der leitende Körper relativ zu einer, ein starkes Magnetfeld erzeugenden Spule derart angeordnet ist, daß das durch die Spule erzeugte Magnetfeld in seiner Öffnung verstärkt wird und wenigstens ein Stromimpuls zur Erzeugung eines Impulsförmigen Magnetfeldes auf die Spule gegeben wird, ist daher gemäß der Erfindung vorgesehen, daß zum Einbringen des Werkstücks in die Öffnung trenribaTe Segmente des leitenden Körpers ause±andarbewegt werden, daß das Werkstück in den Zwischenraum zwischen den Segmenten eingebracht wird und daß die Segmente um das Werkstück zusammengeschlossen werden,,

Eine weitere Bildung der Erfindung besteht in einer Vorrichtung zur Durchführung des obengenannten Verfahrens mit einem eine Öffnung zur Aufnahme des Werkstücks auf-

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weisenden leitenden Körper mit einer zusammenhängenden, seine Innen- und Außenfläche einschließenden leitenden Oberfläche, einer ein Magnetfeld hoher feldstärke erzeugenden Spule, welche relativ zum leitenden körper derart angeordnet ist, daß das Magnetfeld in der Öffnung verstärkt ist und mit Mitteln zur Kopplung der Spule an eine Stromimpulsquelle. Diese Vorrichtung ist durch eine Ausbildung des leitenden Körpers aus einem Paar, aneinandergrenzender Segmente, welche trennbar angeordnet sind, gekennzeichnet, so daß die öffnung vergrößerbar ist, um das Einbringen das Werkstücks zu erleichtern.

-■/eitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der .Figuren. Es zeigt;

Ji¹Ig₀ 1 eine teilweise schematische und teilweise geschnittene Vorderansicht einer magnetischen ■"' or mv or richtung gemäß der Erfindung;

l^ig. 2 einen Schnitt entlang der linie 2-2 nach i^vig_o 1;

3?ig. 3 eine teilweise schematische und teilweise geschnittene perspektivische Ansichteines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung; und

i'ig. 4 eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines ITeldf armers nach der Er-

findung. 909813/0764 „ _0R)GINA1/

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Das Ausführ ungsb eis pie 1 nach Jig«, 1 und 2 enthält eine ^inrichtung 10 zur Erzeugung eines impulsförmigen Magnetfeldes hoher Feldstärke und feldformende Mittel aus einem leitenden Körper 12 mit trennbaren Segmenten 14 und 16, welche beim Zusammenfügen eine einen Bearbeitungsraum 18 · bildende Öffnung herstellen. Werden die Segmente 14 und getrennt, so ist das Einbringen oder Herausbringen des Werkstücks auch dann möglich, wenn dieses Querschnittsbereiche aufweist, welche größer sind als der durch die Segmente gegebene Querschnitt des· Bearbeitungsraums 18»

Die Felderzeugende Einrichtung 10 besteht aus zwei isolierten Spulen 20 und 22 in Form flacher bpiralen, welche über den Schalter.24 an eine Impulsstromquelle 26, wie beispielsweise eine Kondensatorbank, angeschlossen sind₀ Die Spulen 20 und 22 sind koaxial im Abstand voneinander angeordnet und in einer Haltevorrichtung 28 eingebaut. Anstelle von zwei Spulen kann auch eine einzige Spule verwendet werden; ebenso sind anstelle der flachen Spiralform ■-andere Formen- möglich„ Allerdings hat sich die "Verwendung von zwei flachen, spiralförmigen Spulen als vorteilhaft erwiesen ο

Die Haltevorrichtung 28 besteht aus einem Basisstück 50, auf dem zwei vertikale parallele Abschlußplatten 32 und angebracht sind» Diese bestehen vorzugsweise,aus massiven

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Stahl, um dem durch das impulsförmige Magnetfeld erzeugten Kraftimpuls zu widerstehen« Die Abschlußplatten, welche mit Bolzen 35 am Basisstück 30 befestigt sind, können auch aus geeignetem starkem Magnetfeld durchlässigem Isoliermaterial bestehen. Die Spulenkörper 36 und 38 sind an der Abschlußplatte befestigt und haben sowohl gegen diese als auch voneinander einen Abstand» Abstandhalter 40 und 42 aus Magnetfluß durchlässigem Isoliermaterial gewährleisten den Abstand zwischen dsn Spulenkörpern und den Abschlußplatt en«

Der Raum zwischen den^ Spulenkörpern wird teilweise durch aus Isoliermaterial bestehenden Abstandhaltern 44 ausgefüllt. Diese Abstandhalter sind parallel zu den Abschlußplatten am unteren und oberen Ende der Haltevorrichtung angebracht« Die Spulenkörper 36 und38 und die Abstandhalter 44 bilden ersichtlich einen geschlossenen Haum in den der l'eldformer 12 eingebracht werden kann. Die Spu— ( lenkorper 36 und 38, die Abstandhalter 44, die Abschlußplatten 32 und 34 sowie die Abstandhalter* 40 und 42 sind durch horizontal verlaufende Bolzen 46 und Muttern 48 zusammengehalten. Die Abschlußplatten 32 und 34, die Abstandshalter 40 und 42 sowie die Spulenkörper 36 und 38 besitzen zentrale Öffnungen, welche ein zylindrisches Loch 49 zur Aufnahme des Werkstücks bilden.

Der rechteckige, zwischen den Spulenkörpern 36 und 38 angebrachte Feldformer 12 besteht aus zusammenpassenden lei-

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tenden Segmenten 14 und 16, welche senkrecht zur Achse der Spulen auseinanderbewegbar sind, ohne daß sie aus der Haltevorrichtung 28 herausgenommen werden müssen, -^ine axiale Öffnung im Feldformer 12 bildet den Bearbeitungsraum 18 für das Werkstück. Dieser Bearbeitungsraum ist zur Einbringung des Werkstücks in die gewünschte Stellung gesLgnet geformt. Die Seitenwände der Öffnung laufen von den Außenfläche des Feldformers nach innen zusammen und enden in einem zentral nach innen weisenden Rand.

Zwischen den zusammenliegenden 'Flächen der Segmente 14 und 16 ist eine elektrische Isolation 50 vorgesehen» -^aher bilden die an diese Isolation angrenzenden Flächen sowie die Innen- und Außenflächen des Feldformers 12 eine zusammenhängende StrcrmbahJi und ermöglichen den Aufbau eines Magnetfeldes im Bearbeitungsraum 18„

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, kann bei zusammengesetzten bzw» gegeneinanderstehenden Segmenten 14 und 16 des Feldformers 12 ein längliches Werkstück mit gegenüber dem kleinsten. Querschnitt des Bearbeitungsraums größerem Querschnitt der Endteile nicht durch eine längsbewegung in den Bearbeitungsraum eingebracht werden. Besteht daher der Feldformer aus einem einzigen ringförmigen Stück, so können Werkstücke dieser Form nicht eingesetzt werden. Bei der dargestellten Ausführungsform können die Segmente 14 und "16 jedoch auseinanderbewegt werden, so daß das Werkstück ein-

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gesetzt werden kann.

3ei der Ausfuhrungsform"nach -ö'ig. 1 und 2 werden die öegmente 14 und 16 durcn pneumatisch betätigte Zylinder bewegt, welche an den Abschlußplatten 32 und 34 der -tialte-Torrichtung 28 durch Platten 55 befestigt sind. Die Zylinder 54 besitzen mit den Segmenten 14 und 16 verbündende Kolben 56. Es kann jedoch auch eines der Segmente fest

mit der Haltevorrichtung verbunden werden; ebenso können andere Vorrichtungen zur Bewegung der Segmente vorgesehen sein.

Die Vorrichtung nach 3?ig. 1 und 2 arbeitet wie folgt;

die Segmente 14 und 16 werden durch die Zylinder 54 auseinanderbewegt, wodurch der Bearbeitungsraum vergrößert wird. Das zu bearbeitende längliche Werkstück wird mit Isolationsmaterial umwickelt, in Iängsrichtung in das |

Loch 49 der Haltevorrichtung 28 eingebracht und durch Zusammenführen der Segmente 14 und 16 im Bearbeitungsraum 18 befestigt. Der Schalter 24 wird darauf geschlossen, £>o daß sich die Kondensatorbank'üb er die Spulen 20 und 22 entlädt« Der Stromimpuls in den Spulen ruft ein impulsförmiges Magnetfeld hervor, das seinerseits einen Stromimpuls in der Oberfläche des ieldformers, 12 inauziert. Dieser induzierte Strom fließt um die gesamte Oberfläche jedes Segments und zwar entlang der an die

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Spulen angrenzenden flächen, der Innenflächen und zurück zu den Außenflächen d§s l^eldformers. Damit entstehen zwei parallele Strompfade, welche ein starkes eimpulsf örmiges Magnetfeld im Bearbeitungsraum 18 erzeugen. Es wird daher eine Kraft auf das Werkstück aufgebracht, wodurch dieses, in der gewünschten Weise geformt wird. Die i?eldformersegmente verharren bei der dargestellten Ausführungsform wegen ihrer Trägheit bei der Stromeinspeisung .in die Spulen in ihrer Lage. Allerdings kann die Haltevorrichtung mit einer Dämpf ung versehen werden, um eine Bewegung der Segmente zu verhindern oder zu verringern.

Bin weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in 5 dargestellt. Darin besteht dire felderzeugende -Einrichtung 10A aus einem Paar isolierter flacher Spiralspulen 20Δ und 22A, welche über den Schalter 24A an eine Stromimpulsquelle 26A angeschlossen sind. Die Spulen 2OA und 22A sind im Abstand voneinander koaxial in einer haltevorrichtung 28A angebracht . Diese Haltevorrichtung entspricht der des AusführungsbeispieIs nach 3?ig. 1 und 2 und besitzt ein zentrales Loch 49A zwischen ihren entgegengesetzten Teilen. Der 'feldformer entspricht ebenfalls dem des Ausfürungsbeispiels nach Pig. 1 und 2« Der leitende Körper besteht aus zwei trennbaren Segmenten 14A und 16A, welche in geschlossener Stellung einen Bearbeitung sraum 18A bilden. Dieser Bearbeitungsraum ist koaxial mit den Spulen angeordnet. Ein isolierter Schüfca

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erstreckt sich von der Außenfläche des Feldf"ormers zum Bearbeitungsraum.

Beim Ausführungsbeispiel nach Fig„ 3 bestellt die Haltevorrichtung 28A allerdings aus zwei parallelen metallischen Blöcken 58 und 60, in denen die Spulen 2OA und 22A eingebettet sind. Die Blöcke 58 und 60 sind durch metallische Abstandhalter 62 getrennt, welche parallel zu diesen am oberen und unteren Ende der Haltevorrichtung verlaufene Der Feldformer 12A befindet sich in dem durch die beiden Blöcke 58 und bO und den Abstandhaltern 62 gebildeten Raum. Da die Haltevorrichtung 28ä bei diesem Ausführungsbeispiel leitend ist, wird ein isolierter Schlitz 64 zwischen dem Loch 49A und der Außenfläche der Haltevorrichtung vorgesehen. Im Betrieb liegen der Schlitz 64 und der Schlitz 57 in einer Ebene, so daß die Wände der beiden Schlitze die Außenfläche der Haltevorrichtung und die Innenfläche des Iiⁿeldformers eine zusammenhängende leitende Fläche bilden und den Aufbau eines Magnetfeldes im Bearbeitungsraum 18A ermöglichen. Zwischen dem Jeldfarmer 12A und den parallelen Metallblöcken 58 und 60 ist eine Isolation vorgesehen.

in Fig. 3 dargestellt, ist das Segment 16A in der Hal tevorrichtung befestigt, während das Segment 14A relativ .zu diesem in Querrichtung bewegbar ist. Die Bewegung des

eines
Segmentes 14A geschieht mittels/an diesem befestigten

Griff 66 von Hand«

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■Damit kann das Segment 14A relativ zum Segment 16A bewegt werden, wodurch der Bearbeitungsraum 18A vergrößert wird und das Werkstück eingesetzt werden-kann. Eine Isolation kann entweder an den Innenflächen der Segmente 1-4A und 16a oder am länglichen Werkstück vorgesehen sein. Das Werkstück wird entlang der Achse der Spulen soweit eingeschoben, bis der zu bearbeitende Bereich zwischen den Segmenten 14A und 16a liegt. Darauf werden die Segmente mittels des Handgriffs 66 umdas Werkstück geschlossen» Durch Schließen des Schalters 24A wird ein impulsförmiges ■Magnetfeld im Bearbeitungsraum erzeugt und damit das Werkstück geformt.

Die Segmente des Peldformers können sowohl gelenkig als auch senkrecht zur Achse d.er Spulen bewegt werden. Wie in fig. 4 dargestellt, können die Segmente 14B und 16B ■an der Außenkante der sich gegenüberliegenden Flächen durch ein Drehgelenk 78 verbunden werden» Wie bei den anderen Ausführungsbeispielen ist eine elektrische Isolation 5OB zwischen ihren sich gegenüberliegenden !lachen vorgesehen.

- Ansprüche -

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Claims (1)

1. Pat ent an s prtiohe :

   lötverfahren zur formung eines elektrisch leitenden Werkstücks, "bei dem das Werkstück in der Öffnung eines ringförmigen leitenden Körpers mit einer zu samenhängenden, seine Innen- und Außenflächen einschließenden leitenden Oberfläche angeordnet istund bei dem der leitende -Körper relativ zu einer ein starkes Magnetfeld erzeugenden Spule derart angeordnet ist, daß das durch die Spule erzeugte Manget'feld in seiner öffnung verstärkt wird und wenigstens ein Stromimpuls zur Erzeugung eines impulsförmigen Magnetfeldes auf die Spule gegeben wird, dadurch gekennzeichnet, daß zum Einbringen des Werkstücks in die' Öffnung trennbare Segmente des leitenden Körpers auseinanderbewegt werden, daß das Werkstück in den Zwischenraum zwischen den Segmenten eingebracht wird und daß die Segmente um das ferkstück zusammengebracht werden,

   2ο Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 mit einem eine Öffnung zur Aufnahme des Werkstücks aufweisenden leitenden Körper mit einer zusammenhängenden, seine Innen- und Außenfläche einschließenden leitenden. Oberfläche, einer ein Magnetfeld hoher Feldstärke erzeugenden Spule, welche relativ zum leitenden Körper derart angeordnet ist, daß das Magnetfeld in der Öffnung verstärkt ist

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   und mit -Mitteln zur Kopplung der Spule an eine Stromimpuls— quelle, gekennzeichnet durch eine· Ausbildung des leitenden Körpers (12, 12A) aus einem Paar aneinander grenzender Segmente (14, 16, 14A, 16A), welche trennbar angeordnet sind, so daß'die Öffnung (18, 18A) des leitenden Körpers"ver- . . größerbar ist,' um die ·Einbringung des Werkstücks zu erleicht erriö ' * ' - · ,-

   3. Vorrichtung nach ·Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,* daß die aneinander grenzenden ]?läehen der Segmente (14* 16»' 14Ä, 16Ä-)voneinander isoliert sind, so daß der Zusammenhang der innen- und der Außenfläche des leitenden Körpers unterbrochen ist, wenn die Segmente zusammengeführt sind»

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch Mittel (54, 66) zur Bewegung der Segmente (14, 16, 14A, 16A) relativ zueinander.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder 4, gekennzeichnet durch _v eine Haltevorrichtung (28, 28A) zur Halterung der Segmente (14, 16, 14A, 16a) in geschlossener Stellung während des Betriebs.

   6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 5, gekennzeichnet durch zwei Magnetfeld erzeugende flache spiralförmige Spulen (20, 22) und durch Spulenkörper (36, 38) mit einer zentralen Öffnung zur Aufnahme des leitenden Körpers (12).

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   7« Vorriclrbuiig nach Anspruch'6, dadurcli gekennzeichnet, daß die Spulen parallel und koaxial in Abstand voneinander angeordnet sind.

   8· Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis I₁ dadurch gekennzeichnet, daß die Segmente (-T4B, 16B) an einer &ante der Aueßnflache des leitenden Körpers gelenkig verbunden sind.

   9. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eines der beiden Segmente (14A) senkrecht . zur Längsachse der Spulen gegen das andere festangeordnete Segment (16A) bewegbar angeordnet ist.

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