DE2537815A1

DE2537815A1 - Force fit driving-in tool esp. for bolt - generates electromagnetically controlled mechanical stress wave which acts on bolt end

Info

Publication number: DE2537815A1
Application number: DE19752537815
Authority: DE
Inventors: Basil P Leftheris
Original assignee: Grumman Aerospace Corp
Current assignee: Grumman Corp
Priority date: 1975-08-25
Filing date: 1975-08-25
Publication date: 1977-03-10
Also published as: DE2537815C2

Abstract

The bolt-driving tool provides a force-fit for the bolt in a hole whose diameter is smaller than that of the bolt. The tool generates electromagnetically a controlled mechanical stress wave which acts on the bolt end. The mechanical stress wave has a high particle velocity and is controlled by a conditioning unit which regulates the intensity and duration of the high-speed stress wave in such a way that during a considerable proportion of the wave's duration a high stress level is maintained. The conditioned stress wave brings about a contraction of the bolt at right angles to the direction of propagation of the wave. The wave is reflected from the far end of the bolt in order to bestow a high speed to that end and enable it to overcome any frictional forces between the bolt and the walls of the reception opening.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Eintreiben eines mit Pestsitz einzubauenden Befestigungselements in eine Aufnahmeöffnung Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Eintreiben von Befestigungselementen aus Metall, die mit einem Ubergangs- bzw. PrePJ- oder Festsitz in zugehörige Bohrungen eingebaut werden sollen. Genauer gesagt, befaßt sich die Erfindung mit Verfahren und Vorrichtungen, die es ermöglichen, elektromagnetische Energie in eine mechanische Beanspruchungs- oder Spannungswelle umzuwandeln, die konditioniert, fokussiert und einer Vorrichtung zum Eintreiben eines Befestigungselements zugeführt wird, um das Befestigungselement in die zugehörige öffnung einzutreiben. Unter einem Befestigungselement ist hier ein Element zu verstehen, das zwei Bauteile miteinander verbindet, z.B. ein Stift oder Bolzen. Der Ausdruck "Festsitz" bezeichnet die Tatsache, daß ein Durchmesserunterschied zwischen der Aufnahmeöffnung und dem Befestigungselement vorhanden ist, und daß das Befestigungselement einen größeren Durchmesser hat als die Aufnahmeöffnung. Method and device for driving in a pest-fit one Fastening element in a receiving opening The invention relates to methods and Devices for driving metal fasteners with a Transition or PrePJ or interference fit are to be installed in the associated bores. More specifically, the invention is concerned with methods and devices that do it enable electromagnetic energy in a mechanical stress or Convert voltage wave that is conditioned, focused and a device for driving a fastener is fed to the fastener to be driven into the corresponding opening. Under a fastener is here to understand an element that connects two components, e.g. a pin or bolts. The term "interference fit" denotes the fact that there is a difference in diameter is present between the receiving opening and the fastening element, and that the fastening element has a larger diameter than the receiving opening.

Es gibt zahlreiche Konstruktionen, bei denen man Verbindungen benötigt, die mit Hilfe von mit einem Festsitz einzubauenden Befestigungselementen hergestellt werden müssen. Gewöhnlich wird das Eintreiben solcher mit einem Festsitz einzubauender Befestigungselemente mit Hilfe verschiedener Werkzeuge zum Aufbringen von Hammerschlägen bewirkt. Ferner benutzt man große bügelförmige Werkzeuge, die mit hydraulischen Zylindern zum Aufbringen großer Druckkräfte ausgerüstet sind. There are numerous designs that require connections which are made with the help of fasteners to be installed with an interference fit Need to become. Usually the driving in of those becomes more of a press-fit Fasteners with the help of various tools to apply caused by hammer blows. Furthermore, one uses large bow-shaped tools that are equipped with hydraulic cylinders for applying large pressure forces.

Diesen gebräuchlichen Verfahren haften jedoch die nachstehend behandelten Nachteile an: 1. Das Befestigungselement kann nachgeben und sich ausdehnen, so daß es sich nicht vollständig in die Aufnahmeöffnung der zu verbindenden Werkstücke eintreiben läßt; ist ein solches Eintreiben tatsächlich möglich, können Freßerscheinungen auftreten und Riefen entstehen.These common methods, however, adhere to those discussed below Disadvantages: 1. The fastener can yield and expand, so that it is not completely in the receiving opening of the workpieces to be connected collects; if such driving is actually possible, seizure phenomena can occur occur and grooves appear.

2. Bei Befestigungselementen mit großen Maßüberschneidungen von z.B. etwa 0,127 bis 0,2 mm bei einem öffnungsdurchmesser von etwa 19 mm erweisen sich die Verfahren zum Aufbringen von Hammerschlägen als wirkungslos sowie als gefährlich. Die genannten großen Vorrichtungen mit hydraulischen Zylindern lassen sich nur benutzen, wenn hierfür genügend Raum verfügbar ist, und wenn die Werkstücke ausreichend unterstützt werden können. Dies ist insbesondere bei Metallkonstruktionen erforderlich, die anderenfalls den außerordentlichen hohen Drücken nicht standhalten würden, welche durch die hydraulischen Zylinder aufgebracht werden und im Bereich von etwa 1400 bis 4200 kg/cm2 liegen.2. In the case of fastening elements with large dimensional overlaps, e.g. about 0.127 to 0.2 mm with an opening diameter of about 19 mm turn out to be the methods of applying hammer blows as ineffective as well as dangerous. The aforementioned large devices with hydraulic cylinders can only be used if there is enough space for this and if the workpieces are adequately supported can be. This is particularly necessary for metal structures that otherwise they would not be able to withstand the extraordinarily high pressures which can be applied by the hydraulic cylinder and in the range of about 1400 up to 4200 kg / cm2.

3. In vielen Anwendungsfällen werden Verbindungen im mittleren Teil großer Konstruktionen benötigt, bei denen es nicht möglich ist, Hammerschläge zur Wirkung zu bringen oder eine Vorrichtung mit hydraulischen Zylindern zu benutzen.3. In many use cases, connections are in the middle part large constructions are required where it is not possible to strike with a hammer To bring about an effect or to use a device with hydraulic cylinders.

4. Weiterhin gibt es viele Anwendungsfälle, in denen es erforderlich ist, Befestigungselemente nur zeitweilig einzubauen, die in einem späteren Zeitpunkt wieder aus den Aufnahmeöffnungen herausgetrieben werden müssen, ohne daß hierbei die Öffnungen beschädigt werden. Unter Benutzung von Vorrichtungen zum Erzeugen von Hammerschlägen oder von Vorrichtungen mit hydraulischen Zylindern lassen sich solche Arbeiten nur unter größten Schwierigkeiten oder überhaupt nicht durchführen.4. Furthermore, there are many use cases in which it is required is to install fasteners only temporarily, which in a later point in time must be driven out of the receiving openings again without this the openings are damaged. Using devices for generating hammer blows or devices with hydraulic cylinders carry out such work with great difficulty or not at all.

5. Schließlich ist es häufig erforderlich, ein Bauteil an einem anderen Bauteil unter Erzielung eines Festsitzes zu befestigen, z.B. eine Welle fest mit einem Lager zu verbinden, und auch solche Arbeiten lassen sich mit Hilfe der bis jetzt bekannten Befestigungswerkzeuge nur unter Schwierigkeiten durchführen.5. Finally, it is often necessary to transfer one component to another To fasten the component while achieving a tight fit, e.g. firmly with a shaft to connect a warehouse, and such work can be done with the help of the up Now known fastening tools only perform with difficulty.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Verfahren und Vorrichtungen zu schaffen, die es ermöglichen, Befestigungselemente der genannten Art so einzutreiben, daß die vorstehend genannten Nachteile bekannter Verfahren und Vorrichtungen vermieden werden, bei denen ferner von mechanischen Spannungswellen Gebrauch gemacht wird, um Befestigungselemente mit einem Festsitz einzubauen, bei denen es möglich ist, Befestigungselemente unter Erzielung eines Festsitzes so einzubauen, daß eine Verformung der Befestigungselemente vermieden wird, die ein zwangsläufiges und zuverlässiges Eintreiben von Befestigungselementen unter Erzielung eines Festsitzes gestatten, und bei denen ein wenig Raum beanspruchendes transportables system zum Ourchführen des Verfahrens zur Verfügung steht. The invention is based on the object of methods and devices to create that make it possible to drive in fasteners of the type mentioned so that that the above-mentioned disadvantages of known methods and devices avoided which also make use of mechanical stress waves, to install fasteners with an interference fit where it is possible to Fastening elements to be installed while achieving a tight fit so that a deformation of fasteners is avoided, which is an inevitable and reliable Allow fastening elements to be driven in with a tight fit, and for which a transportable system that takes up little space is to be carried out of the procedure is available.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist durch die Erfindung ein Verfahren geschaffen worden, das Maßnahmen umfaßt, um auf elektromagnetischem Wege eine Spannungswelle zu erzeugen, diese Spannungswelle durch eine Transformation ihrer Amplitude und Form zu konditionieren, die konditionierte Spannungswelle so durch ein unter Erzielung eines Festsitzes einzubauendes Befestigungselement einzuleiten, daß die Spannungswelle vom entgegengesetzten Ende des Befestigungselements reflektiert wird, um dem entfernteren Ende des Befestigungselements eine Geschwindigkeit zu verleihen, die ausreicht, um die einer Bewegung des Befestigungselements einen Widerstand entgegensetzenden Reibungskräfte zu überwinden, und um das Befestigungselement in die zugehörige Aufnahmeöffnung einzutreiben, -damit die beiden Bauteile miteinander verbunden werden. In order to achieve this object, a method is created by the invention which includes measures to electromagnetically generate a voltage wave to generate this voltage wave by transforming its amplitude and To condition form, the conditioned wave of tension so through a while achieving to initiate a tight fit fastener that the stress wave is reflected from the opposite end of the fastener to the more distant To give the end of the fastener a speed sufficient to around the movement of the fastening element opposed to a resistance Overcome frictional forces, and to the fastening element in the associated receiving opening drive in, -so that the two components are connected to one another.

Ferner ist durch die Erfindung eine Vorrichtung geschaffen worden, zu der eine Energiequelle gehört, die an eine Scheiben- oder Flachspule angeschlossen ist, ferner ein dieser Spule benachbartes scheibenförmiges Treiborgan aus Aluminium, eine diesem Treiborgan benachbarte Einrichtung zum Konditionieren bzw. Fokussieren der Spannungswelle sowie eine hinter der Spule angeordnete Stoßdämpfereinrichtung, wie es bereits aus den US-Patentschriften 3 646 791 und 3 731 370 bekannt ist. Furthermore, a device has been created by the invention, to which an energy source belongs, which is connected to a Disc or flat coil is connected, furthermore a disk-shaped drive member adjacent to this coil made of aluminum, a conditioning device adjacent to this driving organ or focusing of the voltage wave as well as a shock absorber device arranged behind the coil, as is already known from U.S. Patents 3,646,791 and 3,731,370.

Eine Entladung der Energiequelle erzeugt ein die Spule umgebendes Magnetfeld, das seinerseits einen Strom in dem Treiborgan aus Aluminium induziert. Dieser induzierte Strom erzeugt seinerseits in dem Treibargan aus Aluminium ein FIagnetfeld, und zwischen den beiden Magnet feldern tritt eine Wechselwirkung derart auf, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, die sich dann durch die Konditioniereinrichtung und das unter Erzielung eines Festsitzes einzubauende Befestigungselement hindurch f9tpflanzt. A discharge of the energy source creates one surrounding the coil Magnetic field, which in turn induces a current in the aluminum propellant. This induced current in turn generates a fuel in the aluminum drifting organ Flagnetic field, and between the two magnetic fields there is an interaction in this way on that a voltage wave is generated, which then propagates through the conditioning device and the securing element to be installed therethrough f9tpflanzt.

Die Spannungswelle, welche durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen den beiden Magnetfeldern von hoher Intensität erzeugt wird, ruft eine hohe Teilchengeschwindigkeit in der Fortpflanzungsrichtung der Spannungswelle hervor, und hierdurch wird gleichzeitig die mechanische Beanspruchung des einzubauenden Befestigungselements erhöht. Im Gegensatz zur Lehre der vorstehend genannten US-Patentschriften unterliegt das unter Erzielung eines Festsitzes einzubauende Befestigungselement bzw. das Werkstück keiner plastischen Verformung, sondern es erleidet auf eine noch zu erläuternde Weise eine elastische Verformung. Die kinetische Energie, die dem Befestigungselement, z.B. einem Bolzen, in axialer Richtung verliehen wird, und die durch die Fortpflanzung der Spannungswelle längs des Bolzens hervorgerufen wird, führt zu einer durch eine Zugbeanspruchung hervorgerufenen Dehnung in der Fortpflanzungsrichtung und einer Kontraktion des Bolzens im rechten Winkel zur Fortpflanzungsrichtung der Spannungswelle. The tension wave caused by electromagnetic repulsion Generated between the two magnetic fields of high intensity is called a high Particle velocity in the direction of propagation of the stress wave, and this simultaneously reduces the mechanical stress on the to be installed Fastener increased. In contrast to the teaching of the aforementioned US patents is subject to the fastening element to be installed while achieving a tight fit or the workpiece does not have any plastic deformation, but rather it still suffers to be explained an elastic deformation. The kinetic energy that the Fastening element, e.g. a bolt, is imparted in the axial direction, and caused by the propagation of the stress wave along the bolt, leads to an elongation caused by a tensile load in the direction of propagation and a contraction of the bolt at right angles to the direction of propagation of the Stress wave.

Diese Zugdehnung oder Längung richtet sich nach der Poissonschen Zahl, d.h. dem Verhältnis zwischen der Beanspruchung in der Querrichtung und der unmittelbaren Zugbeanspruchung. Bei der vom entfernten oder freien Ende des Befestigungselements reflektierten Spannungswelle handelt es sich um eine Zugspannungswelle, und die Auswärtsgeschwindigkeit des freien Endes des Befestigungselements wird verdoppelt, um das mit einem Festsitz einzubauende Befestigungselement einzutreiben bzw. es in die Aufnahmeöffnung hineinzuziehen. Es sei bemerkt, daß es bei der Erfindung im Gegensatz zu den bis jetzt bekannten Verfahren zum Eintreiben von Bolzen nicht erforderlich ist, eine Gegenhalterstange oder eine Stützmasse am entfernten Ende des einzubauenden Bolzens anzuordnen.This tensile elongation or elongation is based on Poisson's number, i.e. the ratio between the stress in the transverse direction and the immediate Tensile stress. at that from the distal or free end of the fastener reflected stress wave is a tensile stress wave, and the Outward speed of the free end of the fastener is doubled, to drive the fastener to be installed with an interference fit or es to pull into the receiving opening. It should be noted that in the invention in contrast to the previously known methods for driving bolts is required, a backstop rod or a support mass at the far end of the bolt to be installed.

Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert. Es zeigt: Fig. 1 eine teilweise schematisch gezeichnete Seitenansicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; Fig. 2 eine vergrößerte Seitenansicht eines mit Festsitz einzubauenden Befestigungselements und läßt erkennen, auf welche Weise das Befestigungselement in Aufnahmeöffnungen eingetrieben wird, um eine Verbindung zwischen zwei Bauteilen herzustellen; und Fig. 3a, 3b und 3c jeweils eine graphische Darstellung einer ursprünglichen Spannungswelle vor dem Konditionieren derselben in der Konditioniereinrichtung bzw. der Spannungswelle nach dem Konditionieren mit Hilfe der Konditionierungseinrichtung bzw. der Spannungswelle in der Form, in der sie auf das entfernte Ende des einzubauenden Befestigungselements auftrifft und durch dieses entfernte Ende zurückgeworfen wird. The invention and advantageous details of the invention will become in the following with reference to schematic drawings of an embodiment explained. It shows: FIG. 1 a partially schematically drawn side view an embodiment of a device according to the invention; Fig. 2 is an enlarged Side view of a fastening element to be installed with a tight fit and shows how the fastener is driven into receiving openings, to create a connection between two components; and Figures 3a, 3b and 3c each a graphic representation of an original voltage wave before the Conditioning of the same in the conditioning device or the voltage wave after conditioning with the aid of the conditioning device or the voltage wave in the form in which it is attached to the distal end of the fastener to be installed and is reflected back by that distal end.

Gemäß Fig. 1 gehören zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Stromquelle 8, ein Spannungswellengenerator 6, eine Einrichtung 16 zum Konditionieren und Fokussieren einer Spannungswelle sowie eine Stoßdämpferanordnung 10. According to FIG. 1, the device according to the invention includes a power source 8, a voltage wave generator 6, a device 16 for conditioning and focusing a stress wave and a shock absorber assembly 10.

Zu der Energiequelle 8 gehören eine Wechselstromquelle 32, ein Gleichrichter 20 und eine Schalteinrichtung 30, die sämtlich mit einem Kondensatorenblock 28 in Reihe geschaltet sind; von dem Kondensatorenblock 28 ist in Fig. 1 nur ein Kondensator schematisch angedeutet; der Kondensatorenblock kann mittels einer Schalteinrichtung 26 elektrisch mit dem Spannungswellengenerator 6 verbunden werden, zu dem eine Scheiben- oder Flachspule 12 und ein Treiborgan 14 aus Aluminium gehören, welche gleichachsig nebeneinander angeordnet sind. Die in dem Treiborgan 14 aus Aluminium erzeugte Spannungswelle durchläuft die Konditionier- bzw. Fokussiereinrichtung 16, um dann durch einen damit aus einem Stück bestehenden Ansatz 24 auf ein mit Festsitz einzubauendes Befestigungselement, z.B. einen Bolzen 18, übertragen zu werden, der in eine gemeinsame Öffnung 23 eingebaut werden soll, mit der zwei zu verbindende Bauteile 25 und 27 versehen worden sind. The energy source 8 includes an alternating current source 32, a rectifier 20 and a switching device 30, all of which are provided with a capacitor block 28 in FIG Are connected in series; of the capacitor block 28 in FIG. 1 there is only one capacitor indicated schematically; the capacitor block can by means of a switching device 26 are electrically connected to the voltage wave generator 6, to which a disk or flat coil 12 and a drive element 14 made of aluminum, which are coaxial are arranged side by side. The stress wave generated in the drive element 14 made of aluminum passes through the conditioning or focusing device 16 to then go through one with it one-piece extension 24 on a fastening element to be installed with a tight fit, e.g. a bolt 18 fitted in a common opening 23 is to be, with the two components to be connected 25 and 27 have been provided.

Zunächst wird der Kondensatorenblock 28 mit Hilfe der Stromquelle 32 aufgeladen, nachdem der Schalter 30 geschlossen worden ist. Nach dem Aufladen des Kondensatorenblocks wird der Schalter 30 geöffnet, während der Schalter 26 geschlossen wird, um der Flachspule 12 einen Stromimpuls von kurzer Dauer bei sehr hoher Stromstärke zuzuführen. Die Dauer dieses Stromimpulses liegt in der Größenordnung von 100 Mikrosekunden. First, the capacitor block 28 with the help of the power source 32 charged after switch 30 has been closed. After charging of the capacitor block, the switch 30 is opened, while the switch 26 is closed is to the flat coil 12 a current pulse of short duration at a very high amperage to feed. The duration of this current pulse is on the order of 100 microseconds.

Hierbei wird in der Umgebung der Flachspule 12 ein starkes Magnetfeld erzeugt, dessen Kraftlinien durch das Treiborgan 14 aus Aluminium verlaufen, welches als eine nur eine Windung aufweisende Sekundärwicklung eines Transformators zur Wirkung kommt, so daß darin ein Strom induziert wird. Der durch die Fläche des Treiborgans 14 fließende induzierte Strom erzeugt ein starkes Magnetfeld in dem Treiborgan. Die elektromagnetische Abstoßung, die durch die Wechselwirkung zwischen den beiden starken Magnetfeldern hervorgerufen wird, führt zur Erzeugung einer Spannungswelle in dem Treiborgan 14 aus Aluminium, die sich durch die Konditioniereinrichtung 16 und deren Ansatz 24 zu dem Bolzen 18 fortpflanzt.Here, a strong magnetic field is generated in the vicinity of the flat coil 12 generated, whose lines of force run through the drive element 14 made of aluminum, which as a secondary winding of a transformer with only one turn Effect comes so that a current is induced in it. The one through the face of the driving organ 14 flowing induced current creates a strong magnetic field in the driving organ. The electromagnetic repulsion created by the interaction between the two strong magnetic fields, leads to the generation of a voltage wave in the driving element 14 made of aluminum, which is passed through the conditioning device 16 and its extension 24 propagates to the bolt 18.

Die vorstehend beschriebene Vorrichtung hat sich als geeignet errJiesen, Bolzen aus nichtrostendem Stahl und Titan mit Festsitz einzubauen. Die erfindungsgemäße Vorrichtung läßt sich an einem Gestell so befestigen, daß ihr jeweils ein einzubauender Bolzen zugeführt werden kann, oder sie kann als tragbare Vorrichtung ausgebildet sein, um vom Benutzer in der Hand gehalten zu werden. Der einzige konstruktive Unterschied, der sich bei diesen beiden Gebrauchsweisen ergibt, besteht darin, daß bei der tragbaren Ausführung der Vorrichtung eine Schraube in den mittleren Teil der Basis der Konditioniereinrichtung 16 eingebaut ist, und daß sich diese Schraube durch den Stoßdämpfer 10 hindurch erstreckt, um eine Mutter 19 aufzunehmen, welche die genannten Teile der Vorrichtung fest zusammenhält; ist die Vorrichtung in ein Gestell eingebaut, ragt ein Bolzen oder dergl. durch den Stoßdämpfer 10 hindurch bis in die Konditioniereinrichtung 16 hinein, um die Vorrichtung zu zentrieren. The device described above has proven to be suitable Install bolts made of stainless steel and titanium with a tight fit. The inventive Device can be attached to a frame in such a way that you have one to be installed Bolts can be fed or it can be designed as a portable device to be held in the hand by the user. The only constructive difference The result of these two modes of use is that in the case of the portable Execution of the device a screw in the middle part of the base of the conditioning device 16 is installed, and that this screw passes through the shock absorber 10 extends to receive a nut 19, which said parts of the device holding tightly together; if the device is installed in a frame, a bolt protrudes or the like. Through the shock absorber 10 through to the conditioning device 16 to center the device.

Bei einem Versuch wurde die Vorrichtung nach der Brfindung in ein Gestell eingebaut und zum Eintreiben von Bolzen benutzt; es zeigte sich, daß sich Bolzen aus nichtrostendem stahl nach den US-amerikanischen NAS-lSormen (National Aeronautical Standard) einwandfrei eintreiben ließen. Der Kondensatorenblock 28 besaß eine geringe Induktivität, und wenn die Flachspule 12 angeschlossen und elektromagnetisch mit dem Treiborgan 14 gekoppelt wurde, ergab sich eine Betriebsfrecuenz von 5,0 kIIz. Der Flachspule 12 rde durch den Kondensatorenblock 28 ein Strom von hoher Stärke zugeführt. Die Spule 12 hatte 13 Trindungen aus einem rechteckigen Kupfermaterial mit einer Ereite von 12,7 mm und einer Dicke von etwa 2 mm. In one experiment, the device was turned into a Built-in frame and used to drive bolts; it turned out that Stainless steel bolts in accordance with US NAS standards (National Aeronautical Standard). The capacitor block 28 possessed a low inductance, and when the pancake coil 12 is connected and electromagnetic was coupled to the drive member 14, the operating frequency was 5.0 kIIz. The flat coil 12 rde through the capacitor block 28 a current of high Starch supplied. The coil 12 had 13 turns made of a rectangular copper material with an erect of 12.7 mm and a thickness of about 2 mm.

Die Spule war in eine Polyurethanmasse eingegossen, deren Härte der Härte eines Kautschuks mit einer Durometerhärte von 60 entsprach, und die in hohem Maße elastisch war. Die Spule hatte eine Dicke von etwa 38 mm und einen Durchmesser von etwa 152 mm und besaß eine zentrale durchgehende Bohrung mit einem Durchmesser von 2,4 mm. Das Treiborgan 14 bestand aus Aluminium der Sorte 6061-T4 und hatte eine Dicke von 6,35 mm und einen Durchmesser von 152 mm und war mit einer zentralen Bohrung von 25,4 mm Durchmesser versehen. Aluminium der Sorte 6061-T4 wurde verwendet, da es eine gute Leitfähigkeit hat und seine Festigkeit ausreicht, um den auftretenden Kräften standzuhalten. Die Konditionier- oder Fokussiereinrichtung 16, die aus gehärtetem Stahl der Sorte 4340 bestand, hatte einen zylindrischen Basisabschnitt mit einer Dicke von 12,7 mm und einem Durchmesser von etwa 152 mm; dieser Basisabschnitt ging in einen Kegelstumpf mit einer Länge von etwa 152 mm huber, der an seinem dünnen Ende einen Durchmesser von etwa 19 mm hatte; an dieses dünne Ende schloß sich ein zylindrischer Abschnitt mit einem Durchmesser von 12,7 mm an. Der Ansatz 24 der Konditioniereinrichtung 16 wurde zur Anlage an dem einzubauenden Bolzen 18 gebracht. Der Bolzen bestand aus Stahl oder Titan und hatte einen Durchmesser von 95, 4 mm bei einer Länge von 25,4 mm bzw. einen Durchmesser von 19, mm bei einer Länge von 88,9 mm bzw. einen Durchmesser von 28,3 mm bei einer Länge von 7G,2 mm. Der Stoßdämpfer 10 bestand aus mehreren an der Spule 12 befestigten Gummipuffern. rin Zentrierzapfen mit einem Durchmesser von 25,4 mm wurde in die runden Bohrungen der verschiedenen Teile der Vorrichtung sowie in eine Bohrung von 25,4 mm Durchmesser und 25,4 mm Tiefe in der Basis der Konditioniereinrichtung 16 eingebaut. Um Bolzen mit den vorstehend genannten verschiedenen Abmessungen einzutreiben, wurde für die Vorrichtung eine Betriebsspannung von 7 bzw. 8 bzw. 9 kV benötigt.The coil was cast in a polyurethane compound, the hardness of which is the Hardness of a rubber with a durometer hardness of 60 corresponded, and that in high Dimensions was elastic. The coil was about 38 mm thick and about 38 mm in diameter of about 152 mm and had a central through hole with a diameter of 2.4 mm. The drive member 14 was made of grade 6061-T4 aluminum and had a thickness of 6.35 mm and a diameter of 152 mm and was provided with a central hole with a diameter of 25.4 mm. Aluminum of the variety 6061-T4 was used because of its good conductivity and strength sufficient to withstand the forces that arise. The conditioning or focusing device 16, which was made from hardened steel grade 4340, had a cylindrical base portion having a thickness of 12.7 mm and a diameter of about 152 mm; this base section went into a truncated cone with a length of about 152 mm huber, which at its thin End was about 19 mm in diameter; at this thin end closed itself cylindrical section with a diameter of 12.7 mm. The approach 24 of the The conditioning device 16 was brought to rest on the bolt 18 to be installed. The bolt was made of steel or titanium and had a diameter of 95.4 mm with a length of 25.4 mm or a diameter of 19. mm with a length of 88.9 mm or a diameter of 28.3 mm with a length of 7G.2 mm. The shock absorber 10 consisted of several rubber buffers attached to the spool 12. rin centering pin with a diameter of 25.4 mm was inserted into the round holes of the various Parts of the device as well as in a bore of 25.4 mm diameter and 25.4 mm Built deep into the base of the conditioner 16. To bolt with the protruding To drive mentioned different dimensions, one was for the device Operating voltage of 7, 8 or 9 kV is required.

Bei einem weiteren Versuch, bei dem es sich lediglich um eine Abwandlung des vorstehend beschriebenen handelte, wurde die Vorrichtung nicht in ein Gestell eingebaut, sondern in der Hand gehalten, um Bolzen einzutreiben. Die einzige r:nderung gegenüber dem vorstehenden Beispiel bestand in einer Änderung der Abmessungen der Bauteile. Der Durchmesser der Spule 12 wurde ebenso wie der Durchmesser des Treiborgans 14 aus Aluminium auf etwa 230 mm vergrößert. Alle übrigen Abmessungen einschließlich derjenigen der Konditioniereinrichtung 16 blieben unverändert. Anstelle eines Zentrierbolzens wurde außerdem ein Gewindebolzen in die Basis der Konditioniereinrichtung 16 eingebaut und gemäß Fig. 1 mittels einer Mutter 19 und einer nicht dargestellten Beilegscheibe am hinteren Ende des Stoßdämpfers 10 befestigt. In another attempt, which is just a modification of the above, the device was not in a rack built in but held in hand to drive bolts. The only change compared to the previous example consisted in a change in the dimensions of the Components. The diameter of the spool 12 became the same as the diameter of the driving member 14 made of aluminum enlarged to about 230 mm. All other dimensions inclusive that of the conditioning device 16 remained unchanged. Instead of a centering bolt became also a threaded bolt in the base of the conditioning device 16 installed and shown in FIG. 1 by means of a nut 19 and a nut not shown Washer attached to the rear end of the shock absorber 10.

Um die Abmessungen, die Werkstoffe und die übrigen Parameter der Konditioniereinrichtung zu ermitteln, wurde von den bekannten Beziehungen zwischen der kinetischen Energie, der Kontinuität und der Beziehung zwischen Spannung und Verformung bei der einachsigen Fortpflanzung von Spannungswellenimpulsen in massiven Stäben Gebrauch gemacht. The dimensions, materials and other parameters of the Determining conditioning device was based on the known relationships between kinetic energy, continuity and the relationship between tension and Deformation during the uniaxial propagation of stress wave impulses in massive ones Rods made use of.

Der Betrachtung sei ein Element einer Konditionier-oder Fokussiereinrichtung zugrundegelegt. Consideration is an element of a conditioning or focusing device based on.

Hierbei bezeichnet: dxo die anfängliche Dicke des Elements dx die endgültige Dicke des Elements entsprechend dem Ausdruck dx dxo dxo A die ^«uerschnittsfläche des Elements s die Spannung in der Bewegungsrichtung die Verformung in der Bewegungsrichtung und x den Abstand vom linken Ende des Elements Definitionsgemäß erhält man die Verformung dadurch, daß man die Differenz zwischen der endgültigen Dicke und der anfänglichen Dicke durch die anfängliche Dicke teilt; somit ergibt sich die folgende Gleichung: Durch partielles Differenzieren von Gleichung (1) nach der Zeit erhält man: Hierin ist u = 8t e die Teilchengeschwindigkeit.Here: dxo denotes the initial thickness of the element dx the final thickness of the element according to the expression dx dxo dxo A the cross-sectional area of the element s the stress in the direction of movement the deformation in the direction of movement and x the distance from the left end of the element by definition the deformation by dividing the difference between the final thickness and the initial thickness by the initial thickness; thus the following equation results: By partially differentiating equation (1) with respect to time, one obtains: Here u = 8t e is the particle velocity.

Da s = E . E, läßt sich Gleichung (2) wie folgt schreiben: #s #u - E = 0 (3) #t #x Hierin ist E der Elastizitätsmodul.Since s = E. E, equation (2) can be written as follows: #s #u - E = 0 (3) #t #x where E is the modulus of elasticity.

Das erste Gesetz der Physik von Newton besagt, daß Hierin ist # die Dichte des Materials.Newton's first law of physics says that Where # is the density of the material.

Die Massenkontinuitätsgleichung läßt sich wie folgt schreiben: #oAodxo = #Adx Hierin ist po die anfängliche Dichte des Materials und Ao die anfängliche Cuerschnittsfläche des Elements.The mass continuity equation can be written as follows: #oAodxo = #Adx where po is the initial density of the material and Ao is the initial one Cross-sectional area of the element.

Gilt A = Ao, erhält man oder #x #o = # (5)(5) #xo Durch Substituieren für dx in Gleichung (4) erhält man oder Durch Einsetzen von Gleichung (5) ergibt sich oder Es wurden zwei spezielle Ausführungsformen der Konditioniereinrichtung betrachtet, doch könnte man auch andere Formen vorsehen.If A = Ao, one obtains or #x #o = # (5) (5) #xo Substituting for dx in equation (4) gives or Substituting equation (5) gives or Two specific embodiments of the conditioning device have been contemplated, but other shapes could be envisaged.

a) Eine Exponentialform entsprechend der Gleichung A = Aoe-nxo und (7) b) eine konische Form entsprechend der Gleichung Tiierin ist A0 die cuerschnittsfläche des dickeren bzw. linken indes der Konditioniereinrichtung n eine zu ermittelnde Konstante der Radius des dickeren Endes der Konditioniereinrichtung x0 die Länge der Konditioniereinrichtung und k der Tangens des durch die Mantel fläche und die Basis des Kegels bestimmten Winkels.a) An exponential shape according to the equation A = Aoe-nxo and (7) b) a conical shape according to the equation Tiierin A0 is the cross-sectional area of the thicker or left-hand side of the conditioning device n is a constant to be determined the radius of the thicker end of the conditioning device x0 the length of the conditioning device and k is the tangent of the angle determined by the jacket surface and the base of the cone.

Versuche haben gezeigt, daß die folgende Beziehung gültig ist: du (9) dt=m wobei m eine Konstante ist. Durch Kombinieren der Gleichungen (6), ), (7) und (9) ist es möglich, die nachstehende Gleichung für die entsprechend einer ponentialkurve geformte Konditioniereinrichtung abzuleiten: Hierin ist c die Schallgeschwindigkeit in dem Werkstoff so die Spannung am dickeren Ende der Konditioniereinrichtung, die in einer direkten Beziehung zur Energiezufuhr an diesem Punkt steht s die Spannung am dünneren Ende der Konditioniereinrichtung A die Querschnittsfläche am dünneren Ende der Konditioniereinrichtung und A die Zeit, welche die Teilchengeschwindigkeit benötigt, um ihr Maximum zu erreichen.Experiments have shown that the following relationship is valid: du (9) dt = m where m is a constant. By combining equations (6),), (7) and (9), it is possible to derive the following equation for the conditioning device shaped according to a potential curve: Herein c the speed of sound in the material so the voltage at the thicker end of the conditioning device, which is directly related to the energy input at this point s the voltage at the thinner end of the conditioning device A the cross-sectional area at the thinner end of the conditioning device and A the time required for the particle speed to reach their maximum.

Durch Kombinieren der Gleichungen (6), (3), (8) und (9) ist es möglich, die nachstehende Gleichung für eine Konditioniereinrichtung von konischer Form abzuleiten: Nunmehr zeilen die folgenden Annahmen gemacht: c = 200 000 Zoll/s (508 000 cm) tA = 20 x 10 5 A0 = 11,8 A xO = 4 Zoll («01,6 mm) k - 1,89 Aus Gleichung (10) ergibt sich eine Spannungsvervielfachung von s/so = 15,9.By combining equations (6), (3), (8), and (9), it is possible to derive the following equation for a conditioner of conical shape: Now make the following assumptions: c = 200,000 inches / s (508,000 cm) tA = 20 x 10 5 A0 = 11.8 A xO = 4 inches («01.6 mm) k - 1.89 from equation ( 10) results in a voltage multiplication of s / so = 15.9.

Aus Gleichung (11) ergibt sich eine Spannungsvervielfachung von s/sO = 17.Equation (11) results in a voltage multiplication of s / sO = 17.

Durch Messungen wurde festgestellt, daß der an der vlektromagnetspule 12 entwickelte Druck zwischen etwa 352 und etwa 633 kg/cm² variierte, und daher wird im folgenden ein Mittelwert von rund 492 kg/cm² angenommen.Measurements have shown that the electromagnetic coil 12 developed pressure varied between about 352 and about 633 kg / cm², and therefore an average of around 492 kg / cm² is assumed in the following.

Für den Fall der Benutzung einer konischen Konditioniereinrichtung wurde die theoretische Spannung an dem Bolzen 18 als das Produkt aus 17 und 492 kg/cm zu 8364 kgXcmS bestimmt.In case a conical conditioning device is used The theoretical stress on bolt 18 was calculated as the product of 17 and 492 kg / cm determined to be 8364 kgXcmS.

Unter Anwendung der Hochgeschwindigkeits-Photographie wurde festgestellt, daß die Teilchengeschwindigkeit am dünnen Ende der Konditioniereinrichtung 16 etwa 252 cm/s betrug. Kennt man diese Geschwindigkeit und wendet man den Impulssatz an, läßt sich die am dünnen Ende der Konditioniereinrichtung auftretende Spannung wie folgt berechnen: g Hierin ist # = 0,3 engl. Pfund/Kubikzoll (8,3 kg/dm³) c = 20 x 104 Zoll/s (508 x 104 cm/s) u = 640 Zoll/s (1625 cm/s) g = 32,2 Fuß/s2 (9,82 m/s2) Tlieraus ergibt sich 2 s = 100 000 p.s.i. (702o kg/cm ).Using high-speed photography, it was found that the particle speed at the thin end of the conditioning device 16 is about Was 252 cm / s. If you know this speed and apply the law of momentum, can the voltage occurring at the thin end of the conditioning device how calculate as follows: g Where # = 0.3 engl. Pounds / cubic inch (8.3 kg / dm³) c = 20 x 104 in / s (508 x 104 cm / s) u = 640 in / s (1625 cm / s) g = 32.2 Feet / s2 (9.82 m / s2) Tlier this results in 2 s = 100,000 p.s.i. (702o kg / cm).

Diese berechnete Spannung steht in gutem Einklang mit der theoretisch ermittelten Spannung von 119 000 p.s.i. (8368 kg/cm2).This calculated voltage is in good agreement with the theoretical one determined voltage of 119,000 p.s.i. (8368 kg / cm2).

Gemäß der Erfindung werden Spannungswellen zum Eintreiben von Bolzen benutzt. Zwar soll für die sich dabei abspielenden Vorgänge keine bindende theoretische Erläuterung gegeben werden, doch wird angenommen, daß die erfindungsgemäße Vorrichtung etwa in der nachstehend beschriebenen Weise arbeitet. According to the invention, stress waves are used for driving bolts used. It is true that there should be no binding theoretical for the processes taking place Explanation will be given, but it is assumed that the device according to the invention operates roughly in the manner described below.

Es dürfte zunächst erforderlich sein, auf die Theorie der Cpannungswellen näher einzugehen, da auf diesem Gebiet gegenwärtig erhebliche Unklarheiten bestehen, was darauf zurückzuführen ist, daß der Ausdruck t'Spannungswelle" gelegentlich nicht im richtigen Zusammenhang benutzt wird. It should first be necessary to refer to the theory of voltage waves to go into more detail, as there are currently considerable uncertainties in this area, which is due to the fact that the term t "stress wave" occasionally does not is used in the correct context.

Zunächst ist klarzustellen, daß Spannungswellen eine besondere Erscheinung darstellen, die man getrennt von anderen nergieformen zu betrachten hat, welche häufig mit Spannungswellen verwechselt werden. Bei Spannungswellen handelt es sich um eine Form der Energieübertragung, bei der Bewegungen innerhalb eines festen Körpers hervorgerufen werden. Wenn man eine beliebige kleine Störung in einem begrenzten Teil eines elastischen festen Mediums hervorruft, werden benachbarte Teile dieses Mediums bald danach in Bewegung gesetzt und in einen Zustand der Beanspruchung bzw. Verformung überführt. Bei dem Teil des Mediums, bei dem die Störung in einem nachfolgenden Zeitpunkt auftritt, wird es sich nicht um den gleichen Teil handeln, bei dem die Störung ursprünglich hervorgerufen wurde. In Verbindung hiermit sei verwiesen auf die Veröffentlichung "A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity't von A.G.H. Love, Dover Publications (led44). First of all, it should be made clear that stress waves have a special phenomenon which one has to consider separately from other forms of energy, which are often confused with stress waves. Stress waves are a form of energy transfer that involves movement within a solid body be evoked. If you have any small disturbance in a limited Part of an elastic solid medium, neighboring parts become this The medium is set in motion soon afterwards and is in a state of stress or strain. Deformation transferred. In the part of the medium in which the fault occurs in a subsequent one When the time occurs, it will not be the act the same part, in which the disturbance was originally caused. In connection with this is referred to the publication "A Treatise on the Mathematical Theory of Elasticity" by A.G.H. Love, Dover Publications (led44).

Das Verhalten von Spannungswellen unterscheidet sich deutlich von der Dynamik starrer Materialien. In der Sinleitung des Werks "Stress Waves in Solids", Dover, 486-61098-5, führt H. Kolsky folgendes aus: 1,Auf dem Gebiet der Dynamik starrer Körper wird angenommen, daß dann, wenn eine Kraft auf einen beliebigen Punkt innerhalb eines Körpers aufgebracht wird, die hierbei auftretenden Beanspruchungen sämtliche übrigen Punkte augenblicklich in Bewegung versetzen, und daß man davon ausgehen kann, daß die Kraft eine lineare Beschleunigung des gesamten Körpers in Verbindung mit einer Winkelbeschleunigung um den Schwerpunkt des Körpers herbeiführt. Bei der Theorie der Elastizität wird der Körper jedoch so betrachtet, als ob er sich unter der Wirkung der aufgebrachten Kräfte im Gleichgewicht befände, und es wird angenommen, daß die elastischen Verformungen ihre Beharrungswerte erreicht haben. Diese Behandlungsweisen sind hinreichend genau, wenn es sich um Probleme handelt, bei denen die Zeit zwischen dem Aufbringen einer Kraft und der Herstellung eines wirksamen Gleichgewichts im Vergleich zu den Zeiten, während welcher die Beobachtungen durchgeführt werden, kurz ist. Betrachtet man dagegen die Wirkungen von Kräften, die nur während sehr kurzer Zeitspannen zur Wirkung gebracht werden oder sich rasch ändern, muß man die Wirkungen unter der Annahme betrachten, daß sich fortpflanzende Spannungswellen auftreten." Bei mit einer Schlagwirkung arbeitenden Vorrichtungen wird ein Körper beschleunigt, der sich in der Nähe eines sich zeitabhängig ändernden Magnetfeldes befindet, so daß kinetische Energie entsprechend dem Ausdruck 1/2 mv2 gespeichert flierauf übt der Körper einen Stoß auf das Werkstück aus, so daß die kinetische Energie des Körpers in eine Verformung des Werkstücks umgesetzt wird. The behavior of stress waves differs significantly from the dynamics of rigid materials. As part of the work "Stress Waves in Solids", Dover, 486-61098-5, H. Kolsky elaborates: 1, In the field of dynamics rigid body is believed to be when a force is applied to any point is applied within a body, the stresses that occur here set all other points in motion instantly, and that one of them it can be assumed that the force results in a linear acceleration of the entire body Connection with an angular acceleration brings about the center of gravity of the body. However, in the theory of elasticity, the body is viewed as if it were would be in equilibrium under the action of the applied forces, and it it is assumed that the elastic deformations have reached their inertia values to have. These treatments are sufficiently accurate when it comes to problems is the time between the application of a force and the production an effective equilibrium compared to the times during which the observations be carried out is short. If, on the other hand, one considers the effects of forces which are brought into effect only for very short periods of time or which change rapidly change, one must consider the effects under the assumption that reproductive Stress waves occur. "In devices operating with a percussion effect a body is accelerated, which is near a time-dependent changing Magnetic field, so that kinetic energy corresponding to the expression 1/2 mv2 saved at the same time the body exerts an impact on the workpiece off, so that the kinetic energy of the body in a deformation of the workpiece is implemented.

Wird eine Kraft im Sinne der Dynamik starrer Körper zur Wirkung gebracht, wirkt die durch das Magnetfeld erzeugte Kraft auf das T;erkstück unter Vermittlung eines Mediums, das fließfähig ist, d.h. das unter der Wirkung eines hydrostatischen Drucks Fließbewegungen ausführt. Somit wirkt der auf magnetischem stege aufgebrachte Druck auf die betreffende Fläche des Werkstücks so, als ob sie fließfähig wäre. Hierbei wird das Werkstück augenblicklich der Wirkung des Drucks ausgesetzt, so daß es sich nach dem klassischen Gesetz von eton bewegt, das besagt, daß eine Kraft gleich dem Produkt aus Masse und Beschleunigung ist. If a force in the sense of the dynamics of rigid bodies is brought into effect, the force generated by the magnetic field acts on the tee piece under mediation a medium that is flowable, i.e. that under the action of a hydrostatic Flow movements under pressure. Thus, the applied to magnetic webs acts Pressure on the relevant surface of the workpiece as if it were flowable. The workpiece is instantly exposed to the effect of pressure, see above that it moves according to the classical law of eton, which says that a force is equal to the product of mass and acceleration.

Die Wirkung der Ouerschnittsänderung auf den Beanspruchungsimpuls unterscheidet sich von der einfachen Druckerhöhung, die der Impuls hervorruft, wenn man ihn nach den Gesetzen der Statik bzw. der Dynamik starrer Körper betrachtet. The effect of the cross-sectional change on the load impulse differs from the simple pressure increase that the impulse causes when it is viewed according to the laws of statics or the dynamics of rigid bodies.

Bezüglich der auftretenden Welle, die sich längs des Bolzens fortpflanzt, spielen die Länge, die Form und die Materials konstanten eine wichtige Rolle.With regard to the wave that occurs and propagates along the bolt, length, shape and material play an important role.

Ein Unterschied bezüglich des Verhaltens des Bolzens besteht z.B. darin, daß die Verstärkung des Impulses im allgemeinen nicht gleich dem Verhältnis zwischen den betreffenden r uerschnitten ist. Dies läßt sich durch die nachstehende Ungleichung ausdrücken: Spannung AusganEsseite , Querschnitt~ingangsseite Spannung, Eingangsseite Querschnitt, Ausgangsseite Die in Fig. 3b dargestellte konditionierte Spannungswelle steht im Verhältnis 01/ovo zu der Spannungswelle nach Fig. 3a, und dieses Verhältnis richtet sich nach dem jeweiligen Anwendungsfall, wobei auch die Zusammensetzung des Bolzens 18 zu berücksichtigen ist. Den Wert dieses Verhältnisses darf man jedoch nicht höher werden lassen als die Streckspannung Oy des Bolzens 18, denn bei einer tberschreitung dieses Textes würde eine unerwünschte plastische Verformung des Bolzens eintreten. A difference in the behavior of the bolt is e.g. in that the gain of the momentum is generally not equal to the ratio is cut between the two concerned. This can be done through the following Express the inequality: voltage output side, cross section ~ input side voltage, Input side cross section, output side The conditioned shown in Fig. 3b The voltage wave is in the ratio 01 / ovo to the voltage wave according to FIGS. 3a, and this ratio depends on the respective application, with the Composition of the bolt 18 is to be considered. The value of this ratio However, it should not be allowed to be higher than the yield stress Oy of Bolzens 18, because if this text is exceeded, an undesired plastic deformation of the bolt occur.

Die Spannungswelle nach Fig. b, mit der sich auch ein Teil der Spannungswelle nach Fig. 3c vergleichen läßt, pflanzt sich von links nach rechts in Form einer Druckwelle in dem Bolzen 13 mit einer Geschwindigkeit V fort, sie erreicht schließlich das entfernte freie Ende 22 des Bolzens, und sie wird dann als Zugspannungswelle mit einer Qeschwindigkeit von 2 V in axialer Richtung reflektiert, wie es in Fig. 2 durch den Pfeil angedeutet ist. Ilat der Impuls eine ausreichende Dauer, d.h. ist seine Länge größer als die Länge des Bolzens 13, wird der gesamte Bolzen mit der Geschwindigkeit 2V in Bcwegung gesetzt. Diese kinetische Energie, die auf das entfernte te Ende 22 des Bolzens 18 aufgebracht wird, genügt, um die statischen Reibungskräfte zwischen der Aufnahmeöffnung 23 und dem Bolzen 18 zu verwinden, so daß der Bolzen in die Aufnahmeöffnung eingetrieben bzw. hineingezogen wird. Nach jeder rntladung des Kondensatorenblocks 28 wird der Bolzen 18 teilweise in die bffnung 23 eingetrieben, wobei jeweils die Reibungskräfte überwunden werden. Durch wiederholtes Entladen des Kondensatorenblocks 28 ist es möglich, den Bolzen weiter einzutreiben, bis er die gewünschte Lage erreicht hat. The stress wave according to Fig. B, with which part of the stress wave can be compared to Fig. 3c, plants from left to right in the form of a Pressure wave continues in the bolt 13 at a speed V, it finally reaches the distal free end 22 of the bolt, and it is then called the tensile wave with a speed of 2 V reflected in the axial direction, as shown in Fig. 2 is indicated by the arrow. If the impulse is of sufficient duration, i. E. if its length is greater than the length of the bolt 13, the entire bolt with set in motion at a speed of 2V. This kinetic energy that is applied to the removed te end 22 of the bolt 18 is applied, is sufficient to the static To twist frictional forces between the receiving opening 23 and the bolt 18, so that the bolt is driven or drawn into the receiving opening. To Each time the capacitor block 28 is discharged, the bolt 18 is partially inserted into the opening 23 driven, each of the frictional forces being overcome. By repeating Discharging the capacitor block 28 it is possible to drive in the bolt further, until it has reached the desired location.

Nachstehend wird eine Analyse der eindimensionalen Theorie der Fortpflanzung und Reflexion von Wellen gegeben. Below is an analysis of the one-dimensional theory of propagation and reflection given by waves.

Hierbei sei angenommen, daß jeder ebene -Merschnitt während der Belastung seine ebene Form beibehält, daß die Opannungsverteilung über den gesamten ebenen Querschnibt gleichmäßig ist, und daß man die Massenträgheit in radialer wichtung vernachlässigen kann.Here it is assumed that every flat -cut during the load its flat shape maintains that the distribution of tension over the entire flat Cross-section is uniform, and that the inertia is weighted radially can neglect.

Aus der Lösung der Gleichung für die kinetische energie und der Bestimmung der Beziehung zwischen der Spannung und der elastischen Verformung ergibt sich die nachstehende Gleichung: s = r C0v (1) hierin ist s die Spannung die Dichte des Materials Co die Schallgeschwindigkeit in dem Material und v die Teilchengeschwindigkeit in dem Material entsprechend der Spannungswelle Immer dann, wenn eine kurzzeitig auftretende Spannungswelle auf eine fuerschnittsunstetigkeit oder einen Dichteänderungspunkt trifft, wie es z.B. am entfernten freien Ende 22 des Bolzens 18 geschieht, unterteilt sich die anfängliche Spannungswelle in weiter fortgepflanzte und reflektierte ellen. Die Intensität der weiter fortgepflanzten und der reflektierten Wellen richtet sich nach dem Verhältnis zwischen den ruerschnitten und/oder den Werten der Dichte am Ort der Unstetigkeit. Um die Gleichungen für die Geschwindigkeit und die Beanspruchung bei den weiter fortgepflanzten und den reflektierten ellen abzuleiten, werden im folgenden die Gleichung (1), d.h. der Ausdruck 3 =t CoV und die Kompatibilitätsgleichungen an einer beliebigen Unstetigkeit betrachtet. r V Aus 3 S3 cl CT w i p, c, II l> A11 V1 \\ >A2, /02' C2, V2 1 p,, Unstetigkeit Die Kompatibilitätsgleichungen zeigen folgendes: V3 - V1 = V2 (2) Somit besteht Gleichheit zwischen den genannten Geschwindigkeiten.Solving the equation for kinetic energy and determining the relationship between stress and elastic deformation gives the following equation: s = r C0v (1) where s is the stress is the density of the material Co is the speed of sound in the material and v the particle speed in the material corresponding to the stress wave Whenever a brief stress wave encounters a cross-sectional discontinuity or a density change point, as happens, for example, at the distal free end 22 of the bolt 18, the initial stress wave is divided into further propagated and reflected waves. The intensity of the further propagated and the reflected waves depends on the ratio between the cross sections and / or the values of the density at the location of the discontinuity. In order to derive the equations for the speed and the stress in the further propagated and the reflected ellen, the following equation (1), ie the expression 3 = t CoV and the compatibility equations at any discontinuity are considered. r V From 3 S3 cl CT wi p, c, II l> A11 V1 \\> A2, / 02 'C2, V2 1 p ,, Discontinuity The compatibility equations show the following: V3 - V1 = V2 (2) Thus, there is equality between the speeds mentioned.

A1(S1 + 53) = A2S2 (3) Somit besteht Gleichheit zwischen den genannten Kräften. A1 (S1 + 53) = A2S2 (3) Thus there is equality between the named Forces.

Da gemäß Gleichung (1) s = CV, erhält man die nachstehende Gleichung: oder Gemäß Gleichung (3) ist Durch Vereinigung der Gleichungen (4) und (5) erhält man: Hieraus ergibt sich: Somit erhält man: Wenn #2##1, wie es z.B. für Stahl und Luft gilt, erhält man: Durch Einsetzen in Gleichung (7) erhält man: S3 = -S1 (8) (8) und @2 # 0 (9) V2 # 0 hieraus ergibt sich: V3 = - V1 (10) (10) Aus den Gleichungen (8) und (1-) ist ersichtlich, daß die eintreffende welle mit entgegengesetzt gleicher Spannung entsprechend der Gleichung S3 = -S1 und entgegengesetzt gleicher Geschwindigkeit entsprechend der Gleichung V3 = -V1 reflektiert wird.Since according to equation (1) s = CV, the following equation is obtained: or According to equation (3), By combining equations (4) and (5) one obtains: This results in: So we get: If # 2 ## 1, as is the case with steel and air, we get: Substituting it into equation (7) one obtains: S3 = -S1 (8th) (8) and @ 2 # 0 (9) V2 # 0 this results in: V3 = - V1 (10) (10) From equations (8) and (1-) it can be seen that the incoming wave is reflected with oppositely equal voltage according to equation S3 = -S1 and oppositely equal velocity according to equation V3 = -V1.

Die durch die eintreffende Welle hervorgerufene Beanspruchung ist eine Druckbeanspruchung. Daher handelt es sich bei der durch die reflektierte zelle hervorgerufenen Beanspruchung um eine Zugbeanspruchung. Ferner ergibt sich die gesamte Teilchengeschwindigkeit während der eflexion aus der Gleichung V2 = V1 + V1 = 2V1, d.h. sie ist dopnelt so hoch wie die durch die eintreffende elle hervorgerufene Teilchengeschwindigkeit. The stress caused by the incoming wave is a compressive stress. Therefore it is the one reflected by the cell caused stress to a tensile stress. It also gives the whole Particle velocity during reflection from the equation V2 = V1 + V1 = 2V1, i.e. it is twice as high as that caused by the incoming cell Particle velocity.

Die kinetische Energie, die von der übertragenen Spannungswelle herrührt, überwindet die neibungskräfte zwischen dem Bolzen 18 und der Wand der Aufnahmeöffnung 23, so daß der Bolzen in die öffnung eingetrieben wird, um eine Verbindung zwischen den Bauteilen 25 und 27 herzustellen. The kinetic energy resulting from the transmitted stress wave, overcomes the forces of friction between the bolt 18 and the wall of the receiving opening 23, so that the bolt is driven into the opening to establish a connection between the components 25 and 27 to produce.

Wenn der Spitzenwert der Teilchengeschwindigkeit bei der eintreffenden Spannungswelle etwa 508 cm/s beträgt, steigt der Spitzenwert der Teilchengeschwindigkeit bei der Reflexion auf etwa 1016 cm/s an. Da die mit Hilfe der Konditioniereinrichtung 16 konditionierte Spannungswelle eine lange Dauer oder Periode von z.B. 1 ms hat und bewirkt, daß während eines erheblichen Teils der Dauer der Spannungswelle ein hoher und im wesentlichen konstanter Spannungspegel aufrechterhalten wird, liefert die reflexion eine enge an kinetischer Energie, die ausreicht, um die durch die Wand der Aufnahmeöffnung 23 hervorgerufenen Reibungskräfte zu überwinden, so da, der Bolzen IS in die uffnung eingetrieben wird. When the peak of the particle velocity at the incoming Voltage wave is about 508 cm / s, the peak value of the particle velocity increases at the reflection to about 1016 cm / s. Because the with the help of the conditioning device 16 conditioned voltage wave has a long duration or period of e.g. 1 ms and causes a significant portion of the duration of the voltage wave to be a high and substantially constant voltage level is maintained The reflection has a close amount of kinetic energy that is sufficient to pass through the Wall of the receiving opening 23 to overcome the frictional forces caused, so that the IS bolt is driven into the opening.

Diese hohe Relativgeschwindigkeit zwischen dem Bolzen 18 und der Wand der Aufnahmeöffnung 23 bewirkt praktisch, daß zwischen Bolzen und Cffnungswand eine Grenzschicht erzeugt wird, durch die geringere Reibungskrafte hervorgerufen werden, so daß der Bolzen in die Öffnung hineingezogen werden kann, um die gewünschte Verbindung 34 nach Fig. 1 zwischen den Bauteilen 25 und 27 nach Fig. 2 herzustellen. This high relative speed between the bolt 18 and the The wall of the receiving opening 23 practically has the effect that between the bolt and the opening wall a boundary layer is created, which causes lower frictional forces so that the bolt can be pulled into the opening to the desired Establish connection 34 according to FIG. 1 between the components 25 and 27 according to FIG.

Ansprüche: Expectations:

Claims

A N 5 P -r Ü: C II E Safekeeping to drive one to be installed with a tight fit Fastening element in a receiving opening, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the fastening element, thereby noting t, then on electromagnetic goat a mechanical tension wave with a high particle speed is generated, that the tochgeschwindi gkei tsspannwel le is conditioned to regulate the intensity and duration of the cell so that an output voltage wave is generated which lasts during a significant part of the Duration of the voltage wave maintains a high voltage level and that the conditioned High-speed voltage wave to act on one end of a stuck to be installed fastener is brought, so there in the fastener elongation in the direction of propagation caused by tensile stress the real and a contraction at right angles to the direction of propagation of the Parts occurs, with the high-speed conditioned voltage wave at distant free end of the fastener to be installed with interference fit is high speed to the distal free end of the fastener to impart, so that the movement of the fastening element counteracts Friction forces are overcome and the fastening element to be installed with a tight fit is drawn into the receiving opening.

2. The method according to claim 1, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the voltage wave in an electromagnetic way through an electromagnetic Repulsion is generated by an interaction between a first magnetic field, which is generated by a coil fed with the help of a capacitor block, and a second magnetic field is generated in an adjacent one of the coil Driving organ is made from a suitable conductive material.

3. The method according to claim 2, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the magnetic field in the drive member by the magnetic field generated with the help of the coil is induced.

4. The method according to claim 9, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that the recoil forces occurring when generating the voltage wave is absorbed will.

5. Device for driving a fastener to be installed with an interference fit into a receiving opening, the diameter of which is slightly smaller than the diameter of the fastening element, as a result, a device (G) is present, which enables a mechanical electromagnetic path Voltage wave with a high particle velocity to generate that a conditioning device (16) is present, which is used to measure the intensity and duration of the high-speed voltage wave to regulate so that an output voltage wave is generated, which during a considerable Part of the duration of the voltage wave maintains a high voltage level that the fastener to be installed with interference fit a first end to cooperate with the conditioning device and a free end facing away from this end (22) has for fingering into the receiving opening (2ob) that the conditioned Stress wave is an elongation of the fastening element caused by tensile stress in the direction of propagation of the stress wave and a contraction of the fastener at right angles to the direction of propagation of the stress wave, and da3 reflects the tension wave from the distal free end of the fastener is to give the far end a high speed so that the frictional forces be overcome between the fastening element and the tand of the receiving opening and the fastener to be installed with interference fit is drawn into the receiving opening will.

. Xforriclltun according to claim 5, thereby g e k e n n -z e i c h n e t, then to the device (5), which makes it possible to use electromagnetic means To generate a voltage wave with a high particle speed, an electrical magnetic coil (12) also includes an energy storage device that can be discharged through this coil (28) for generating a pulse of limited duration, coupled to the coil Driving element (1) and a device for generating an electromagnetic field in the driving element that allows a voltage wave through the electromagnetic To produce repulsion between the coil and the driving element.

7. The device according to claim X, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that to the device for generating an electromagnetic field in the Driving element (14) an electromagnetic coupling between the driving element and the Coil (12) belongs.

3. Apparatus according to claim 7, characterized in that the conditioning device is a wet device which is shaped according to a Bsponentialkurve and is coupled to the drive element (14), and in that the relationship between the various parts of the apparatus is given by the equation is given, where s denotes the voltage transmitted at the thin end (24) of the conditioning device (16) to the fastening element (18) to be installed with a tight fit, sO the voltage which is generated at the thick end of the conditioning device by the electromagnetic repulsion between the coil (12 ) and the driving element (14), C the speed of sound in the conditioning device, tA the time which the particle speed needs to reach a maximum, A0 the cross-sectional area of the thick end of the conditioning device, A the cross-sectional area of the thin wind of the conditioning device and n is the number that appears in the> ponentan of the equation which determines the shape of the conditioning device, ie the equation A = A0e-nX0, where X0 denotes the length of the conditioning or focusing device.

9. The device according to claim 7, characterized in that the conditioning device is a conically shaped mass (1V) coupled to the drive member (14), and that the relationship between the various parts of the device is given by the equation is given, where s denotes the voltage that is transmitted at the thin end () of the conditioning device to the fastening element to be installed with interference fit, the voltage that is caused at the thick end of the conditioning device by the electromagnetic repulsion between the coil (12) and the drive element , the radius of the thick end of the tronditioning resp.

Focusing device, K is the tangent of the angle between the dumbbell area of the conical mass and its base, C is the speed of sound in the conditioning device, tA is the time it takes for the particle velocity to reach a maximum, SAo the cross-sectional area of the thick end of the conditioner, i.e. the base of the conical-shaped mass, A is the cross-sectional area of the thin end of the conditioner and x0 is the length of the conditioner.

10. The device according to claim 5, characterized in that g e k e n n -z e i c h n e t that with the conditioning device (1) a device (10) for receiving is mechanically coupled by recoil forces.

Device according to Claim 6, characterized in that it is not indicated that the energy storage device is electrically discharged via the coil (12) Capacitor block (23) is.

L e r s e i t e