DE3880738T2

DE3880738T2 - Elektromagnetische schwingende betaetigungsvorrichtung.

Info

Publication number: DE3880738T2
Application number: DE8888304884T
Authority: DE
Inventors: Peter B Zieve
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1987-05-27
Filing date: 1988-05-27
Publication date: 1993-08-19
Anticipated expiration: 2008-05-28
Also published as: US4990805A; ATE89107T1; EP0293257B1; DE3880738D1; US4862043A; EP0293257A3; EP0293257A2

Description

Technisches Gebiet

Diese Erfindung bezieht sich allgemein auf das Gebiet von Betätigungssystemen mit hohen Kräften, wie sie bei Nietsystemen, Bohrhammern und dergleichen eingesetzt werden, und betrifft spezieller eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, deren Stempelteil durch die Rückstoßkraft eines schnell anwachsenden magnetischen Stromes zwischen dem Stempel und einer Spule angetrieben wird, durch die ein großer Strompuls entladen wird.

Stand der Technik

Metallumformung wurde bisher weitgehend mit rein mechanisch arbeitenden Vorrichtungen durchgeführt. Beispielsweise beinhaltet das Nieten gemeinhin immer noch die Verwendung eines pneumatischen Nietschußapparates, üblicherweise in Verbindung mit einem auf der gegenüberliegenden Seite des Werkstücks angeordneten Gegenhalter.
Mehrfache Schläge des herkömmlichen Nietschußapparates werden benötigt, um das gewünschte Nietenstauchen durchzuführen. Um eine qualitativ hochwertige Nietung zu erhalten, ist eine Beobachtung und Bedienung durch eine hochqualifizierte Bedienungsperson nötig. Die üblicherweise relativ lange Nietstauchzeit, d.h. 1 - 5 Sekunden, verhindert einen zerstörenden Hitzeautbau im Niet und die Verwendung eines passiven Gegenhalters ist wegen des relativ niedrigen Stoßes (Slug) des Schußapparates geeignet.
Der herkömmliche Schußapparat weist jedoch den Nachteil auf, daß er extrem laut ist und seine Verwendung einen anstrengenden Arbeitsplatz schafft. Auch daß eine hochqualifizierte Bedienungsperson zur Überwachung des Betriebs des Schußapparates zur Erzielung des gewünschten Erfolgs notwendig ist, ist ein Nachteil. Sorglosigkeit oder Unaufmerksamkeit seitens der Bedienungsperson können teure Schäden an den Werkstücken, wie Flugzeugen und dergleichen, verursachen.
Es ist auch ein anderer, einschüssiger Nietschußapparat bekannt, der einen schnelleren Kraftaufbau als der herkömmliche Schußapparat aufweist. Dadurch kann die Notwendigkeit für eine hochqualifizierte Bedienungsperson verringert und der allgemeine Geräuschpegel reduziert werden. Jedoch erfolgt der Kraftaufbau beim einschüssigen Schußapparat so schnell, nämlich in der Größenordnung von 300 Mikrosekunden bei einem Stempel von 1/3 kg (3/4 lb.), daß Brüche durch Überbeanspruchung bei manchen Niettypen hervorgerufen werden, was ebenfalls unannehmbar ist. Beispielsweise zeigt der 7050 Aluminium-Niet üblicherweise Beanspruchungsbrüche, wenn die Zeit zum Kraflaufbau geringer als 0,5 Millisekunden ist. Möglich wäre es, die Stempelmasse zu erhöhen, jedoch würden zusätzliche Schwierigkeiten durch die Verwendung eines passiven Gegenhalters zum Schußapparat auftreten. Ublicherweise bewegt sich die Platte beachtlich, wenn der Kopf des Niets getroffen wird, während der Kopf des Niets durch die Öffnung gestoßen wird, wenn das Nietende getroffen wird, was beides unerwünscht ist.
Eine vergleichsweise Vorrichtung ist bekannt als C-Preßbügel , der eine große und teure Vorrichtung darstellt, die sich um das Werkstück herum erstreckt, um so einen einheitlichen Gegenhalter zu bilden. Solche Vorrichtungen sind aber für viele Anwendungen unpraktisch, da die Erfordernisse der Rachentiefe, d.h. des Abstandes des Niets von der Werkstückkante, zu einer unpraktisch großen und teuren Vorrichtung führen wegen der entsprechend erforderlichen Steifigkeit für diese benötigte Rachentiefe.
Daher haben alle oben genannten mechanischen Vorrichtungen wesentliche Nachteile. Es wurden auch elektromagnetische Arbeitsweisen zur Metallformung entwickelt, bei denen kein mechanischer Aufschlag stattfindet. Ursprünglich wurden zur direkten Formung dünner Metallbleche elektromagnetische Felder verwendet, wie es in der US-A- 2,976,907 (Harvey et al.) dargestellt ist. Harvey lehrt, daß die Form sehr dünner leitender Bleche in eine erwünschte Form geändert werden kann, indem das Blech in unmittelbarer Nähe zu einer spiralförmig gewickelten flachen Spule angeordnet wird. Das Entladen einer Hochspannung durch die Spule führt zu einem rasch anwachsenden Magnetfluß, der seinerseits Wirbelströme im Blech induziert. Die aus diesem Magnetfluß herrührende abstoßende Kraft war im wesentlichen ausreichend, um das Blech in die gewünschte Form zu bringen.
Da das Blech extrem dünn ist, muß der Stromstoß durch die Spule eine extrem kurze Anstiegszeit aufweisen, um die erforderliche Verformungswirkung am Metall hervorzurufen. Ein derartiges System erfordert eine sehr hohe Spannung in der Größenordnung von 10 000 Volt sowie entsprechend hochentwickelte und teure Hochspannungsschalteinrichtungen und andere Schaltkreise. Das gesamte elektrische und mechanische System muß dabei auf die Verwendung einer solchen hohen Spannung ausgelegt werden.
Die nächste bedeutende Entwicklung in der elektromagnetischen Metallformtechnologie ist in der US-A-3,453,463 (Wilde) dargestellt, der zu dem elektromagnetischen Metallformsystem nach Harvey im wesentlichen ein Stempelelement hinzufügt. Das führt zu einer Allzweck-Betätigungsvorrichtung, die viel mehr mögliche Anwendungen zeigte als das bloße Blechformen. Bei dem System nach Wilde wird eine dünne Schicht einer Kupferplattierung zum Grundteil des Stempels hinzugefügt, wobei der Stempel so ausgebildet ist, daß er einen langen Nasenteil umfaßte, der sich aus der Vorrichtung nach außen erstreckte. Das freie Ende dieses Nasenteils bildet die Betätigungsvorrichtung. Nietformen oder ähnliche Elemente können an das Ende dieses Nasenteils angesetzt werden. Dieses System war und ist, wie auch das System nach Harvey, durch eine kurze Stromanstiegszeit und hohe Spannung gekennzeichnet.
Wenn das System nach Wilde zum Nieten verwendet wird, schließen die Vorteile eine beträchtliche Geräuschminderung im Vergleich zum pneumatischen Schußapparat sowie das vollkommene Stauchen des Niets (Nietformung) mit einem anstelle von mehreren Schlägen. Darüberhinaus benötigt das elektromagnetische System nach Wilde keine hochqualifizierte Bedienungsperson, die während des Nietformens ein beträchtliches Maß an Beurteilung ausüben muß. Außerdem sind die Rückstoßkräfte im System wegen des schmalen Kraftstoßes sehr gering.
Das System nach Wilde wurde als beträchtlicher Fortschritt im Nieten angesehen und ähnliche Systeme sind tatsächlich noch laufend in unterschiedlichen Ausführungen im Einsatz, obwohl die pneumatischen C-Bügel-Nietapparate trotz ihrer oben aufgezeigten Nachteile noch weit verbreitet sind.
Obwohl das allgemeine Konzept der elektromagnetischen Nietapparate Gegenstand einer relativ großen Anzahl von Patenten, wie der US-A-4423620 (HogenHout et al.), der FR- A-2172887 und ihrem Äquivalent US-A-3704506 (Orr et al.) ist, ist die zugrundeliegende Technologie im wesentlichen die oben gezeigte, bei der eine Spannung von 5000 - 10 000 Volt eingesetzt wird und die Anstiegszeiten für Strom und Magnetkraft geringer als 250 Mikrosekunden sind, woraus eine Kraft auf den Niet folgt, die zwischen mehreren Tausend und Dreißigtausend Pfund beträgt, wie sie für die Nietformung benötigt wird.
Jedoch hat auch ein elektromagnetisches Nietformsystem mit den oben beschriebenen Vorteilen wesentliche Betriebsnachteile, einschließlich der Gefahr durch die benötigte sehr hohe Spannung und die daraus folgende Komplexität, Größe und hohen Kosten für die mechanischen und elektrischen Teile, die zur Handhabung derartig hoher Spannungen ausgelegt sein müssen.
Alle Einzelteile derartiger Systeme müssen die hohen Spannungspegel beherrschen. Zum Beispiel sind die Schalteinrichtungen, die die gespeicherte Ladung der Kondensatoren in die Spule schalten oder "abladen", um die schnelle Strompulsanstiegszeit zu schaffen, Ignitrons, die speziell für die Handhabung der auftretenden hohen Spannungen entwikkelt sind. Es werden lange Leitungen zur Verbindung der Systemeinzelteile benötigt, da die Hochspannungsquelle räumlich groß ist und daher nicht in der Nähe des Arbeitsplatzes aufgestellt werden kann. Außerdem ist die benötigte Spannungsquelle ziemlich teuer.
Es wurde festgestellt, daß bei Nieten, die durch elektromagnetische Hochspannungsnietsysteme geformt wurden, sich innere Risse bilden können. Derartige Risse sind, wenn nicht sogar gefährlich, zumindest unerwünscht. Sie entstehen durch die extrem schnelle Umformgeschwindigkeit, die durch die Hochspannungssysteme erzielt wird. Es ist für das Verständnis wichtig, daß die elektromagnetischen Hochspannungsnietsysteme, wie auch der pneumatische Nietschußapparat, ballistische Systeme sind, da die elektrische Pulsanstiegszeit verglichen mit der Kraftanstiegszeit auf den Niet relativ kurz ist. Das bedeutet, daß die in das System durch den elektrischen Puls eingebrachte Energie lange vor Beendigung der Arbeit umgesetzt ist, so daß der Betrieb des Systems als "Schleudern" des Stempels gegen den Niet beschrieben werden kann. Die schnelle Metallformgeschwindigkeit kann tatsächlich durch eine Erhöhung der Stempelmasse für einen bestimmten Niet verlangsamt werden, jedoch setzt eine solche Massenerhöhung die Effektivität herab und wird allgemein als unerwünscht angesehen.
Zusammenfassend besteht die augenblickliche elektromagnetische Niettechnologie, obwohl sie in vielerlei Hinsicht einen Fortschritt gegenüber pneumatischen Systemen darstellt, grundsätzlich in einer großen, teuren und im wesentlichen uneleganten Vorrichtung und benötigt beträchtliche Sicherheitsvorkehrungen.
Demgemäß ist es eine grundlegende Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung zu schaffen, die relativ sicher im Betrieb, relativ billig und wesentlich kleiner als bestehende Betätigungsvorrichtungen ist und außerdem keine hochqualifizierte Bedienungsperson erfordert.
Erfindungsgemäß ist eine elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung hoher Energie vorgesehen, die einen Stempel mit einem Abschnitt umfaßt, welcher geeignet ist zur Aufnahme eines Werkzeugs oder dergleichen zur Metallformung oder anderen Arbeiten mit großer Krafteinwirkung, wie Nieten, und die weiter eine Betätigungsplatte mit Eignung zum Aufbau von Magnetfeldwirbelströmen darin umfaßt, sowie einer Spule in unmittelbarer Nähe der besagten Platte, einer Quelle für gespeicherte Energie zur Bereitstellung einer wählbaren Spannung, die so ausgelegt ist, daß sie einen Stromstoß in der Spule erzeugt wenn sie mit dieser verbunden ist; weiter mit Steuereinrichtungen zum abwechselnden Verbinden der Quelle für die gespeicherte Energie mit der Spule, um einen relativ großen Stromstoß kurzer Pulsdauer in der Spule zu erzeugen, der seinerseits wieder ein schnell wechselndes magnetisches Feld hoher Energie schafft und daraus folgend Wirbelströme in der Betätigungsplatte induziert, wodurch ein magnetischer Impuls geschaffen wird, der groß genug ist, um den Stempel in Richtung auf das Werkstück zu stoßen mit ausreichender Kraft zur Erzielung der gewünschten Auftreffarbeit, wobei die gewählte Spannung der Quelle für die gespeicherte Energie relativ gering ist und daß besagte Betätigungsplatte relativ dick ist, und zwar dicker als eine magnetische Diffusionslänge des Materials der Platte für die Dauer des besagten Stromstoßes und weiterhin ausreichend dick ist, um die axiale Diffusion des schnell wechselnden Magnetfelds in dem Maße zu reduzieren, daß der Stromstoß in der Spule, der durch die relativ niedrige Spannung hervorgerufen wird, immer noch einen magnetischen Kraftstoß erzeugt, der ausreicht, um den Stempel mit ausreichender Kraft zur Erzielung des gewünschten Aufschlags in Richtung auf das Werkstück zu stoßen, wobei die Dauer des Stromstoßes im wesentlichen in der Größenordnung der Anstiegszeit des Kraftstoßes des Stempels gegen die Last liegt.
Bevorzugte Merkmale einer elektromagnetischen Hochspannungs-Pulsbetätigungsvorrichtung, in denen diese Erfindung enthalten ist, werden durch die Unteransprüche 2 bis 34 festgelegt.

Kurze Beschreibung der Figuren

Figur 1 ist ein System-Blockdiagramm, das zwei gegenüberliegende elektromagnetische Nietvorrichtungen zeigt, die jede eine elektromagnetisches Betätigungssystem mit der vorliegenden Erfindung enthalten;
Figur 2 ist ein vereinfachtes schematisches Diagramm, das die elektrischen Steuer- und Versorgungskreise aus dem Blockdiagramm der Figur 1 genauer zeigt;
Figur 3 ist ein Querschnitt der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung aus Figur 1 im einzelnen;
Figur 4 ist ein teilweiser Querschnitt, der eine Kombination der Spule und der Stempelteile der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung auf Figur 1 zeigt;
Figur 5 stellt eine Draufsicht auf den Flachspulenteil der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung aus Figur 1 dar;
Figur 6 ist ein Querschnitt durch die Spule aus Figur 5 gemäß der Schnittlinie 6-6;
Figur 7 ist ein teilweiser Querschnitt eines kombinierten Niet- und Bohrsystems mit den Grundsätzen der vorliegenden Erfindung;
Figur 8 ist ein weiterer teilweiser Querschnitt eines kombinierten Niet- und Bohrsystems gemäß Figur 7;
Figur 9 ist ein vereinfachter Querschnitt mit einer Vorrichtung zur Kühlung der Spule einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung ausgeführt ist;
Figur 10 ist ein vereinfachter Querschnitt mit einer anderen Vorrichtung zur Kühlung der Spule einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung ausgeführt ist;
Figur 11 ist ein vereinfachter Querschnitt mit wieder einer anderen Vorrichtung zur Kühlung der Spule einer elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung ausgeführt ist;
Figur 12 ist ein vereinfachter Querschnitt, der eine spezielle Anordnung der Spule und der Stempelplatte der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung aus Figur 1 zeigt;
Figur 13 ist eine graphische Darstellung der Beziehung zwischen Strom, Magnetkraft und Nietkraft für eine Spulenanordnung und Spannung;
Figur 14 ist ein Querschnitt durch den Vierpol der Verbindungsleitungen, der in der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung nach Figur 1 verwendet wird;
Figur 15 ist eine vereinfachte mechanische Ansicht der Rückholvorrichtung für Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung;
Figur 16 ist ein Querschnitt eines elektromagnetischen Nietapparates mit einem verschiebbaren Zylinder in einer äußeren Hülse;
Figur 17 ist ein Querschnitt durch einen autonomen Starkstrom-Nietschußapparat, der die Prinzipien eines elektromagnetischen Betätigungssystems nach der vorliegenden Erfindung benutzt, wobei die Einzelteile zur Erzeugung des Hochstrompulses innerhalb des Schußapparates angeordnet sind;
Figur 18 ist eine Außenansicht der Ausführungsform des Nietapparates aus Figur 16 mit einem speziellen Rückhol- und Dämpfsystem.

Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung

Die vorliegende Erfindung ist im weiteren Sinne eine verbesserte elektromagnetische Betätigungsvorrichtung. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen sind bei einer Vielzahl von Anwendungen nützlich, einschließlich mehrerer, die die Metallformung, wie Hämmern, Stanzen, Kaltumformen wie auch Nieten betreffen. Eine derartige Betätigungsvorrichtung kann auch als Unterbrecher in einem elektrischen Schaltkreis oder in einem mechanischen Apparat, wie einem Bohrhammer, eingesetzt werden.
Es wird hier jedoch in erster Linie eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung, in der die vorliegende Erfindung verwirklicht ist, im Zusammenhang mit einem elektromagnetischen Nietsystem beschrieben. Es sind dabei verschiedene Ausführungen eines solchen Nietsystems offenbart, einschließlich eines Systems mit zwei gegenüberliegenden, verschiebbar montierten Betätigungsvorrichtungen, genau so wie eine einzelne tragbare Betätigungsvorrichtung in Form eines Nietschußapparates. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf ein Nietsystem beschränkt, außer es ist dies in den Ansprüchen so angegeben.
Figur 1 zeigt ein vereinfacht es Blockdiagramm eines Nietsystems mit zwei elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen, in dem die vorliegende Erfindung enthalten ist. Elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen 10 und 12 sind auf gegenüberliegenden Seiten eines Werkstücks 14 angeordnet, durch welches ein Loch zur Aufnahme eines Niets gebohrt wurde. Der Niet kann ein beliebiger aus einer Anzahl verschiedener Ausführungsformen sein, ist hier jedoch zum Zweck der Erläuterung und Darstellung ein Stiftniet, also ein Niet ohne Kopf, der auf beiden Seiten durch den Nietvorgang gleich verformt wird, was als Stauchniet bezeichnet wird.
Jede Betätigungsvorrichtung 10, 12 schließt ein Gehäuse 16 ein, in dem ein Stempel 18 sowie eine Spule 20, die einen integralen Spulenkörper umfassen kann, angeordnet sind. Zusätzlich kann eine Rückschlagmasse 23 vorgesehen sein, die üblicherweise an der rückwärtigen Fläche des Spulenkörpers befestigt ist. Ausgehend von der Rückschlagmasse 23 ist eine Kolbenstange 24 eines Luftzylinders, die sich aus dem Gehäuse 16 heraus in einen Luftzylinder 26 mit zwei Kammern erstreckt. Zugeordnete Überdruckventile und andere Steuereinrichtungen sind als Block 28 dargestellt. Die Bauteile im Block 28 sind einerseits verantwortlich für die erstmalige Positionierung des Stempels 18 gegen den Kopf des Niets und sorgen weiterhin für die Rücklaufmöglichkeit der Betätigungsvorrichtung, wie es weiter unten noch im Einzelnen beschrieben wird.
Es sollte jedoch deutlich verstanden werden, daß der Luftzylinder 26 nicht zur Betätigung des Stempels und damit zum Nietvorgang verwendet wird, sondern nur zur erstmaligen Positionierung der Teile der Betätigungsvorrichtung in Bezug auf den Niet und anschließend zur Steuerung des Rücklaufs der Betätigungselemente nach dem Betrieb der Betätigungsvorrichtung.
Das System wird mittels einer Energieversorgung 30, die an einem üblichen Wechselstrom- oder Gleichstromnetz hängt, versorgt. Der Gleichstromausgang der Versorgung 30 wird zur Ladung einer Kondensatorbank im Stromkreis 32 auf eine ausgewählte Spannung benutzt die von der zur erwünschten Aufgabe notwendigen Kraft abhängt und zwar bis auf einen typischen Höchstwert von etwa 600 Volt, jedoch in einigen Fällen auch bis zu 1200 Volt. Ein elektronischer Schalter, wie ein Silikon gesteuerter Gleichrichter (Silicon controlled rectifier - SCR), bildet einen Teil des Schaltkreises 32 und ist elektrisch zwischen der Kondensatorbank im Stromkreis 32 und der Spule 20 angeordnet.
Ein Auslösesignal des Feuerschaltkreises 34 aktiviert den Schalter, wodurch die Ladung in der Kondensatorbank des Stromkreises 32 in die Spule 20 "abgeladen" wird, was zu einem scharfen, von dem Betrag der Ladung abhängigen, Strompuls von bis zu 20 000 Ampère durch die Spule 20 führt. Dieser Strompuls führt zu starken Wirbelströmen, die in einer Kupferplatte 19 an der Basis des Stempels 18 durch den sehr starken, durch den Stromstoß in der Spule hervorgerufenen, magnetischen Fluß im Spalt zwischen der Spule und der Kupferplatte erregt werden. Das magnetische Feld ruft eine abstoßende Kraft bezogen auf die Spule 20 hervor und der Stempel 18 wird folglich mit großer Kraft nach vorne gegen den Kopf des Niets getrieben, staucht dabei das herausstehende Ende des Niets und schafft so eine Verbindung zwischen dem Niet und dem Werkstück. Im Gegensatz zu herkömmlichen pneumatischen Nietapparaten übt ein einzelner Betrieb der vorliegenden Betätigungsvorrichtung eine ausreichende Kraft auf den Niet aus, um das gewünschte Stauchen zu erzielen.
In dem in der Figur 1 gezeigten System ist der Spannungssteuer- und der Abfeuerkreis 34 typischerweise so gewählt, daß er Triggersignale für jede Kondensatorbank gleichzeitig vorsieht, was zum gleichzeitigen Betrieb der zwei Betätigungsvorrichtungen 10 und 12 und dadurch zur gleichzeitigen Einwirkung einer im wesentlichen gleichen Kraft auf den Niet von seinen beiden Enden her führt.
Figur 2 zeigt die Schaltkreisanordnung der Teile 30, 32 und 34 etwas genauer. Wie oben angedeutet, ist der Schaltkreis 30 eine herkömmliche Gleichstromversorgung mit einer wählbaren Ausgangsgleichspannung von bis zu 1200 Volt. Damit werden die zwei Kondensatorbänke 31 und 35 in den Schaltkreisen 32, 33 aufgeladen. Im gezeigten Ausführungsbeispiel sind es Elektrolytkondensatoren mit einer Kapazität von etwa 3600 Mikrofarad je Kondensator. Üblicherweise enthält jede Kondensatorbank etwa 4 bis 16 Kondensatoren in Parallelschaltung, so daß die Gesamtkapazität jeder Bank etwa 0,015 bis 0,06 Farad beträgt. Die Schaltkreise 32 und 33 enthalten auch entsprechende SCR's (Silikon gesteuerte Gleichrichter) 36 und 37, die die Kondensatorbänke 31 und 35 entsprechend mit den Betätigungsspulen 43 und 45 verbinden.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel enthält der Spannungssteuerungs- und Abfeuerkreis 34 eine 24 Volt - Versorgung, die üblicherweise einen Triggersignalkreis 38 enthält, der wiederum einen geladenen Kondensator und einen Schalter umfaßt. Pulstransformatoren 40 und 41 verbinden den Triggerkreis 38 mit den SCR's 36 sowie 37. Der Triggersignalkreis wird durch den Bediener betätigt und erzeugt einen Triggerimpuls, der an den Gates 36a bzw. 37a der SCR's 36 bzw. 37 angelegt wird, was zu starken Strompulsen führt, die von den entsprechenden Kondensatorbänken 31 und 35 her durch die Betätigungsspulen 43 und 45 gelangen.
In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Spannung üblicherweise bis zu 600 Volt, obwohl sie auch bis zu 1200 Volt Gleichspannung betragen könnte bei einem entsprechenden, von der Anwendung abhängigen, Strom von bis zu 20 000 Ampère. Der elektrische Strompuls hat eine Dauer von wenigstens einer Millisekunde und eine Anstiegszeit von etwa 500 Mikrosekunden. Die maximal erzielbare Stoßkraft auf den Niet beträgt beim gezeigten Ausführungsbeispiel etwa 130 kN als Spitzenwert mit einer Stoßkraftanstiegszeit im Bereich von 0,5 Millisekunden bis 1,0 Millisekunden.
Die Anstiegszeit der Nietstoßkraft wird sowohl durch die elektrische Stoßzeit als auch durch die Stempel/Niet-Dynamik bestimmt. Beim herkömmlichen (Hochspannungs-) elektromagnetischen Nietsystem ist die Kraftanstiegszeit viel schneller und wird ausschließlich durch die Stempel/Niet-Dynamik bestimmt. Die Anmelderin hat herausgefunden, daß eine Anstiegszeit des elektrischen Pulses, die ungefähr gleich der Anstiegszeit des Kraftpulses ist, von Vorteil für das gewünschte Ergebnis einer Nietformung ohne Bruch, genauso wie für die Systemeffizienz, Konfiguration und Systemkosten. Es wird dadurch auch ein verbesserter Betrieb erreicht, wie es weiter unten noch ausführlicher erklärt wird.
Weiter ist die Anstiegszeit des Pulses derart, daß die infolge des Betriebs der Betätigungsvorrichtung in der Struktur hervorgerufenen Zug-/Druckspannungswellen sich nicht dem ursprünglichen Kraftstoß überlagern, was sonst zu hohen Beanspruchungen im Niet und zur möglichen Bildung von Rissen hierin führen könnte.
Da die vorliegende Erfindung ein, verglichen mit bekannten elektromagnetischen Metallformsystemen, Betätigungssystem mit relativ niedriger Spannung verwendet, was - wie weiter unten ausführlicher beschrieben wird - durch einen speziellen Entwurf des Stempelelementes möglich wird, sind die verschiedenen Einzelteile der elektromagnetischen Betätigungsvorrichtung der Anmelderin relativ klein und kompakt, billig und können relativ nahe zueinander mit kurzen Verbindungsleitungen angeordnet werden. Dies steht im Gegensatz zu den großen Energieversorgungseinrichtungen und anderen Teilen sowie der langen Verbindungsleitungen, wie sie für bisherige elektromagnetische Betätigungsvorrichtungen charakteristisch sind.
Der niedrige Widerstand der Verbindungsleitungen wie auch der Schaltmechanismen und der Spule in einem System der Anmelderin führt zu einem System, in dem der gesamte Schleifenwiderstand zwischen der Kondensatorbank und der Spule weniger als 50 Milliohm (0,050 Ohm) beträgt. Der Hauptanteil des Schleifenwiderstands wie auch der Schleifeninduktivität einer Betätigungsvorrichtung liegt in der Betätigungsspule selbst, d.h. der Spule 20 in Figur 1. Diese Eigenschaft hat den wichtigen Nutzen, daß die Anstiegszeit des Kraftstoßes durch bloßes Einstellen des Widerstandes der Betätigungsspule effektiv eingestellt werden kann. Der Vorteil einer einstellbaren Kraftanstiegszeit besteht darin, daß sie an die ideale Anstiegszeit für ein bestimmtes System, d.h. für eine bestimmte Nietform, Material und Größe angepaßt werden kann.
Es ist bekannt, daß die Anstiegszeit der Aufschlagkraft in bestehenden elektromagnetischen System häufig zu schnell ist, was zu übermäßiger Beanspruchung und unerwünschten inneren Rissen in den Nieten führt. Durch passendes Einstellen des Widerstandes in den Betätigungsspulen beim vorliegenden System kann die Kraftanstiegszeit ausreichend erhöht werden, so daß der Niet ohne solche Scherrisse geformt werden kann. Gleichzeitig ist aber die Anstiegszeit immer noch ausreichend schnell, um den nötigen Impuls für ein korrektes Nietstauchen zu bilden.
Das System, das die vorliegende Erfindung enthält, wird als "Niederspannungssystem" beschrieben, weil es eine Spannung verwendet, die sehr viel unter der in herkömmlichen elektromagnetischen Betätigungssystemen verwendeten Spannung liegt. Der höchste Spannungspegel in der gezeigten Ausführung beträgt etwa 600 Volt Maximum, weil dieser Wert wohl eine Norm in der Elektroindustrie ist, oberhalb dessen spezialisierte Ausrüstung und Materialien benötigt werden. Das vorliegende System könnte jedoch auch mit ähnlichen Vorteilen bei Spannungen, die einiges höher als 600 Volt einschließlich bis zu 1200 Volt betrieben werden. Herkömmliche Systeme hingegen benötigen mindestens 3500 Volt und bis zu 10 000 Volt.
Wie oben erwähnt sind die elektrischen Verbindungen im System relativ kurz. Sie können koaxial oder - wie in Figur 14 gezeigt - als Vierpol angeordnet werden, um die Leitungsinduktivität zu minimieren. In der Vierpolanordnung führen die Kabelelemente 42 und 44 Strom von der Kondensatorbank zur Betätigungsspule, während die Kabel 46 und 48 den Strom von der Spule zurück führen.
Mit Bezug auf Figur 2 wird nach der erstmaligen Entladung oder Entleerung der Ladung in der Kondensatorbank durch die Spulen 43 und 45 der resultierende Strom in einem Stromkreis verteilt, der eine Rücklaufdiode enthält. Die Rücklaufdiode 50 schließt beispielsweise den die Spule 43 enthaltenden Stromkreis. Damit der Strom die Elektrolytkondensatoren in der Kondensatorbank nicht auf einen negativen Wert auflädt, was zu deren Zerstörung führen würde, wird der Strom nach der erstmaligen Entladung der Kondensatoren auf Null Volt in den aus Spule und Rücklaufdiode gebildeten Stromkreis geführt. Der Strom im Rücklaufkreis verliert sich nach einigen Millisekunden, wonach die Kondensatoren wieder für eine Aufladung für den nächsten Feuerungszyklus bereit sind.
Der elektrischen Elemente dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung einschließlich des SCR-Schalters, der Rücklaufdiode und der Elektrolytkondensatoren sind alle relativ leicht und kompakt und können zu relativ kleinen Paketen angeordnet und miteinander verbunden und anschließend mit relativ geringem Abstand, d.h. innerhalb von 6 Metern (20 Fuß) zu den Betätigungsvorrichtungen angeordnet werden. Eine solche Anordnung hat daher beachtliche Vorteile gegenüber bestehenden Hochspannungssystemen.
Die Figuren 3 bis 5 zeigen einige mehr strukturelle Einzelheiten betreffend die elektromagnetische Betätigungsvorrichtung. In dem speziellen Ausführungsbeispiel der Figur 3 umfaßt die Betätigungsvorrichtung eine Frontplatte 52, eine Rückwand 54 und ein dazwischenliegendes zylindrisches Verbindungsrohr 56. Der obere Teil der Kontur der Frontplatte 52 ist halbkreisförmig mit einem Durchmesser von 127 mm (5 inch). Die beiden Enden des Halbkreises erstrecken sich gerade um etwa 64 mm (2 1/2 inch) nach unten zu Endpunkten, die durch eine gerade Linie miteinander verbunden sind und so die Unterseite der Platte 52 festlegen. Die Platte 52 ist ungefähr 19 mm (3/4 inch) dick.
Von der Vorderseite der Platte 52 geht eine ungefähr 44 mm (1 3/4 inch) lange zylindrische Verlängerung 60 aus. Eine zentrale Öffnung 58 von etwa 19 mm (3/4 inch) Durchmesser reicht durch die Frontplatte und die Verlängerung 60. Um die Innenfläche der zentralen Öffnung 58 herum liegt in der Nähe des vorderen Endes 61 ein "Preßsitz"-Öllager 62. Die Frontplatte besteht üblicherweise aus Stahl, obwohl sie auch aus Aluminium oder sogar Plastik hergestellt sein könnte.
Auf der Rückseite der Frontplatte 52 ist ein dünnes Stück eines stoßdämpfenden Materials 64 angebracht. Der Stoßdämpfer 64 weist ebenfalls eine zentrale Öffnung auf, die mit der Öffnung 58 durch die Frontplatte 52 fluchtet.
Die Rückwand 54 hat etwa die gleiche Form und Größe wie die Frontplatte 52 und ist im gezeigten Ausführungsbeispiel ebenso aus Stahl hergestellt. Das die Frontplatte und Rückwand 52 und 54 verbindende Rohr 56 besteht aus elektrisch nicht-leitendem Plastikmaterial und weist einen Durchmesser von etwa 127 mm (5 inch) sowie eine Wandstärke von etwa 10 mm (3/8 inch) auf. Das Rohr 56 ist etwa 127 mm (5 inch) lang und mit nicht gezeigten Längsbolzen oder dergleichen an der Frontplatte und der Rückwand befestigt.
Von der Mitte der Rückwand 54 erstreckt sich nach hinten eine zylindrische Kolbenstange 66 zur Verbindung mit einem Luftzylinder. Diese Kolbenstange hat im Ausführungsbeispiel etwa 12 mm (5/8 inch) Durchmesser und ist etwa 154 mm (6 inch) lang. Sie weist über den größten Teil ihrer Länge ein Gewinde auf und kann in einer bestimmten Ausführung entfernbare Gewichte 68 - 68 aufnehmen, die auf die Kolbenstange 66 passen und zwar beginnend an der Rückwand 54 anliegend und dann direkt aufeinanderfolgend aneinander anliegend. Die entfernbaren Gewichte 68 werden mittels einer Mutter 70 an ihrer Stelle gehalten. Die entfernbaren Gewichte 68 bilden eine veränderbare Rücklaufmasse mittels derer eine erwünschte Rücklaufcharakteristik erzielt werden kann, um beispielsweise an eine Vielzahl von Nietdurchmessern und Krafterfordernissen angepaßt werden zu können. Dies ist ein wesentlicher Vorteil dieses einen Teils der vorliegenden Erfindung.
Die Betätigungsspule 72 und ihr zugeordneter Halter 74 sind an der Vorderseite der Rückwand 54 befestigt. Der Spulenhalter 74 besteht aus nicht-leitendem Plastik, während die Spule 72 selbst eine Flachspule ist, wie sie in einem Ausführungsbeispiel in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Die Spule 72 weist zwischen 10 und 20 Windungen eines Kupferstreifens 75 auf mit zwischen 38 - 102 mm (1 1/2 - 4 inch) Durchmesser. In der speziellen gezeigten Ausführung hat die Spule 14 Windungen und ist 1,6 mm dick. Die Gesamtlänge des Streifens 75 beträgt 2,8 m und hat einen sehr niedrigen Gleichstromwiderstand von 1,6 Milliohm (0,0016 Ohm). Der Kupferstreifen 75 ist um einen Plastikkern 76 mit einer zentralen Öffnung 80 gewunden. Dieser Kern 76 ist eine integrale Verlängerung des Spulenhalters 74 dieser Ausführung, wie es deutlich in Figur 6 gezeigt ist. Zwei Leitungen 82 und 84 gehen von den entsprechenden Enden des Kupferstreifens 75 wie gezeigt aus.
Figur 3 zeigt wie auch Figur 4 außerdem einen Stempel 86.Der Stempel 86 besteht in erster Linie aus Hochqualitätsstahl, schließt aber eine kupferne Stempelplatte 88 an seinem Ende ein. Der Stempel 86 schließt auch eine länglichen stabförmigen Teil 90 ein, der sich nach vorne erstreckt und etwa 127 mm (5 inch) lang ist sowie über den größten Teil seiner Länge einen Durchmesser von etwa 17 mm (11/16 inch) aufweist. Am hinteren Ende des Stempels, benachbart zur Kupferplatte, beträgt der Durchmesser des Stahlteils etwa 64 mm (2 1/2 inch).Die Kupferplatte 88 hat einen Durchmesser von 95 mm (3 3/4 inch). Am vorderen Ende des Stabteils 90 befindet sich eine Nietform 92, die mit dem Ende des Niets kontaktiert, der selbst wiederum in einem nicht gezeigten Werkstück vorpositioniert ist.
In der Ausführung gemäß Figur 3 wird die Kupferplatte gegen die Rückseite des Stahlstempels mittels einer Steckverbindung 96 gehalten, welche in die passende zentrale Öffnung in der Rückseite der Kupferplatte paßt. Bolzen halten den Stecker und die Kupferplatte in Bezug zum Stahlstempel an ihrem Platz. Eine zentrale Öffnung 73 reicht wie dargestellt durch die axiale Länge von Spule/Spulenhalter. Stempel 86 einschließlich Stecker 96 weisen ebenfalls eine axial verlaufende zentrale Öffnung auf. In den zentralen Bohrungen von einerseits Spule/Spulenhalter und andererseits Stempel 86 sich dazwischen erstreckend ist ein Stift 75A angeordnet. Auf diesem Stift 75A sitzt eine Feder 77, die zwischen Spule und Stempelplatte 88 einen Spalt aufrechtzuerhalten sucht, bis das Verspannen beendet ist. Dies verhindert Beschädigung des Apparats durch unbeabsichtigte Entladung der Kondensatoren.
In der Ausführung gemäß Figur 3 ist der Durchmesser des Stempels an der Kupferplatte nur wenig geringer als der Innendurchmesser des Verbindungsrohrs 56, um den Stempel zwar noch zu stützen, aber dennoch seine Bewegung zu ermöglichen. Der Stabteil 90 des Stempels hat einen Schiebesitz mit Lagern 62, so daß der Stempel sowohl an seinem vorderen wie auch an seinem hinteren Ende gestützt wird. Dennoch kann sich der Stempel axial relativ zur Frontplatte 52 frei bewegen.
Wenn im Betrieb der elektrische Puls auf die Betätigungsspule wirkt, führt die starke durch den im Spalt zwischen der Spule und der Kupferplatte konzentrierten magnetischen Fluß 89 (Figur 4) hervorgerufene abstoßende Kraft zu einem Vorwärtstreiben des Stempels mit hoher Geschwindigkeit, wodurch die Nietform gegen das Ende des Niets gedrückt wird, diesen formt und so die Verbindung schafft.
In dieser Ausführung der vorliegenden Erfindung ist die Dicke der Kupferplatte besonderer Beachtung wert. Die Platte muß so entworfen sein, daß eine relativ niedrige Spannung verwendet werden kann. Grundsätzlich wird in elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen eine relativ dünne Kupferplatte in der Größenordnung von 3 mm eingesetzt, da die bekannte Lehre - wie oben beschrieben - sich ursprünglich auf die Metallformung von dünnen Blechen richtete. Um solche dünnen Bleche zur gewünschten Form zu formen, wurde eine Hochspannung mit einer extrem schnellen Stromanstiegszeit benötigt, um die notwendige Kraft zu erzielen bevor das magnetische Feld durch die Kupferplatte diffundierte. Die Verwendung sehr dünner Kupferbleche und hoher Spannungen wurde seitdem, auch in bestehenden elektromagnetischen Nietapparaten, weiterbetrieben.
Die Anmelderin hat nun die Dicke der Kupferplatte beträchtlich gesteigert, was die Verwendung einer wesentlich niedrigeren Spannung und einer langsameren elektrischen Anstiegszeit erlaubt und dennoch zu einer ausreichenden Kraftentwicklung zur Durchführung der gewünschten Arbeit führt.
Die Dicke der Kupferplatte muß ausreichend sein, um nur noch eine vernachlässigbare Diffusion des in ihr induzierten magnetischen Felds zu ermöglichen. Die elektrische Anstiegszeit der magnetischen Kraft ist gleich der Anstiegszeit des Strompulses, wenn die magnetische Diffusion kein Thema ist. Wenn man aber die Diffusion spürbar in Betracht ziehen muß, wie es bei dünnen Kupferplatten der Fall ist, müssen die elektrischen Anstiegszeiten extrem schnell sein, um die erwünschte Nietkraft hervorzubringen bevor die Magnetkraft spürbar durch die Diffusion betroffen wird.
Die Anmelderin hat die Dicke der Kupferplatte wesentlich erhöht, um die Diffusion der magnetischen Kraft zu verringern und so die Anwendung langsamerer elektrischer Anstiegszeiten zu erlauben, zur Erreichung der gleichen Nietkraft. Dadurch wird wiederum die benötigte Systemspannung verringert. Die Anmelderin hat herausgefünden, daß die Plattendicke wenigstens eine magnetische Diffusionslänge betragen sollte und vorzugsweise mehr als zwei Diffusionslängen für die relativ langsame Anstiegszeit des bevorzugten Ausführungsbeispiels. Die magnetische Diffusionslänge wird in einem Buch mit dem Titel Electromechanical Dynamics, Part II: Fields, Forces and Motion von Herbert H. Woodson und James R. Melcher besprochen.
Mit Bezug auf die gezeigte Ausführung wurde herausgefünden, daß eine Plattendicke im Bereich von 6 bis 18 mm angemessene Ergebnisse zeitigt, während eine Dicke von weniger als 5 mm allgemein unannehmbare Resultate wegen der höheren Spannung und anderer benötigter Charakteristiken liefert. Obwohl im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Kupferplatte verwendet wird, sollte verstanden werden, daß die Platte aus jedem elektrisch gut leitenden Material einschließlich Aluminium, Silber oder Kupferlegierungen hergestellt werden kann.
Wie oben angegeben liefert das vorliegende System eine ausreichende Kraft, um mit einer Betätigung eine Nietung auszuführen, während die meisten kommerziellen pneumatischen Betätigungsvorrichtungen mehrere Schläge benötigen, abgesehen von der einschüssigen pneumatischen Vorrichtung, die selten verwendet wird. Ein wesentlicher Vorteil gegenüber den pneumatischen Betätigungsvorrichtungen ist die auffallende Geräuschreduzierung wie auch der Wegfall der Notwendigkeit für hochqualifiziertes Bedienungspersonal, da mehrere Schläge nicht nötig sind. Die relativ langsame sowohl elektrische- als auch Kraft-Anstiegszeit und lange Pulsdauer der vorliegenden Ausführung verringern den Lärm noch weiter als die herkömmlichen elektromagnetischen Betätigungsvorrichtungen.
Die elektrische Pulsdauer ist bei der vorliegenden Ausführung etwa gleich wie die Kraftanstiegszeit, was zur Lärmminderung beiträgt und weiter unten besprochen wird. Die langsamer Kraftanstiegszeit, d.h. länger als 500 Mikrosekunden, hat noch mehrere andere Vorteile einschließlich der Reduzierung der Resonanzmoden benachbarter Strukturen und ermöglicht die Verwendung von Apparaten, bei denen die vorliegende Erfindung zusammen mit Offset-Arbeitsweise angewandt wird, ohne strukturelle Schäden hervorzurufen.
Es wurde auch ermittelt, daß bei Verwendung der vorliegenden Ausführung mit den genannten relativ langsamen Anstiegszeiten auch das Nietinterferenzmuster verbessert wurde. Genauer zeigt das Interferenzmuster im Vergleich zu herkömmlichen elektromagnetischen Pulsbetätigungsvorrichtungen weniger das Sanduhr-Aussehen. Ein Sanduhr- Aussehen ist allgemein unerwünscht. Herkömmliche elektromagnetische Hochspannungs-Betätigungsvorrichtungen mit ihren schnellen Umformgeschwindigkeiten reduzieren die Scherbeanspruchung des Nietkopfes durch Streckwärmung, vorhergehende Vergrößerung des Kopfdurchmessers und Verteilung des Drucks mehr auf die Platte als bis durch zum Nietkörper. Durch sorgfaltiges Anpassen der Magnetkraft-Pulsdauer an die Anstiegszeit der Nietschlagkraft, was mit der vorliegenden Ausführung, nicht aber mit herkömmlichen elektromagnetischen Hochspannungs-Betätigungsvorrichtungen möglich ist, wird die Metallformgeschwindigkeit bei der vorliegenden Ausführung auf einen Wert unterhalb der Eigenfrequenz der Stempel/Nietstauch-Dynamik verringert. Zusätzlich sorgt die relativ lange Anstiegszeit der Magnetkraft für einen Magnetkissen-Effekt, der weiter unten genauer beschrieben wird, um so die Spule vor dem Aufschlag zu schützen, der vom Zurückfedern oder Zurückprallen des Stempels vom Niet herrührt.
Es sollte klar sein, daß die oben beschriebene "Niederspannungs"-Betätigungsvorrichtung sowohl als einzelne Einheit als auch als Paar von Betätigungsvorrichtungen benutzt werden kann, welches ein System umfaßt, das durch einen einzigen Abfeuerkreis gesteuert wird, wie es in Figur 1 gezeigt ist. Wieder auf den Kreis nach Figur 1 bezogen können beide der den entsprechenden Betätigungsspulen zugeordnete SCR's gleichzeitig mit gleichzeitigen Triggersignalen abgefeuert werden. Es können aber auch andere Vorrichtungen zum Triggern der elektronischen SCR-Schalter einschließlich Radiowellen oder optische Einrichtungen u.a. eingesetzt werden.
Daher sind die Betätigungsvorrichtungen mit dem in der vorliegenden Erfindung ausgeführten System, anders als das herkömmliche elektromagnetische Hochspannungs-Betätigungssystem, das zur Erzielung der erforderlichen gleichzeitigen Erregung der zwei Betätigungsvorrichtungen in Reihe geschaltet ist, ausgenommen ein mögliches gemeinsames Gate-Signal unabhängig geschaltet. Dies hilft, die Länge der Verbindungsleitungen zu verringern und ermöglicht einen kompakteren Systementwurf. Die zwei Betätigungsvorrichtungen 10 und 12 in Figur 1 sind identisch wie auch die zwei Kondensatorbank/Thyristor-Stromkreise. Das System nach Figur 1 führt dazu, daß die von den beiden Betätigungsvorrichtungen bewirkte Kraft etwa gleich ist, wodurch wiederum sichergestellt ist, daß das Werkstück, in welches der Niet eingesetzt ist, im wesentlichen ruhig bleibt.
Es sollte jedoch verstanden werden, daß es leichte zeitliche Unterschiede bei den Triggersignalen im System der vorliegenden Ausführung geben kann, ebenso wie in der Gesamtladung der Kondensatorbänke für die entsprechenden Betätigungsvorrichtungen. Dies führt dann zu einer gesteuerten Differenz beim Auftreffen der beiden Stempel, falls dies für eine spezielle Anwendung gewünscht wird.
Das elektromagnetische Betätigungssystem gemäß der vorliegenden Erfindung hat den weiteren Vorteil, daß es in einem wählbaren Abstand von der Kante des Werkstücks positioniert werden kann, ohne daß herkömmliche Kantenbegrenzungen, als Rachentiefe bezeichnet, beachtet werden müssen. So kann der entgegengesetzte synchrone Betrieb der zwei Betätigungsvorrichtungen eine im wesentlichen gleiche Kraft auf die gegenüberliegenden Seiten einer Platte an im wesentlichen jeder Position auf der Platte ausüben.
Figur 13 ist eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der elektrischen Pulszeit, der daraus folgenden magnetischen Kraft und der Nietschlagkraft für eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung der vorliegenden Ausführung deutlich macht. Figur 13 bezieht sich auf eine Systemkonfiguration, die mit etwa 300 Volt arbeitet und mit einer Spulenausführung wie sie in den Figuren 5 und 6 gezeigt ist. Figur 13 zeigt, daß der Verlauf der Magnetkraft 98 fast identisch ist mit dem Verlauf der Nietkraft 99, wobei die Nietkraft weiter ansteigt, wenn die Magnetkraft stetig bleibt, bis der Nietvorgang beim Punkt 101 abgeschlossen ist. Auch die Strompulskurve 100 steigt bis zu ihrem Scheitelpunkt weiter und zwar etwa bis zu dem Zeitpunkt, an dem der Nietvorgang beendet ist. Däs bedeutet, daß der elektrische Puls und damit der Magnetkraftpuls noch weiter einen Einfluß auf den Stempel ausübt und zwar bis zu dem und sogar über den Zeitpunkt der Beendigung des Nietvorganges hinaus.
Ein solches System unterscheidet sich deutlich von den "ballistischen" elektromagnetischen Hochspannungs-Betätigungsvorrichtungen, bei denen der elektrische Puls lange vor der Beendigung der hauptsächlichen Arbeit am Niet beendet ist. Das vorliegende System mit seiner langsameren elektrischen Anstiegszeit ermöglicht eine niedrigere Systemspannung wie oben beschrieben. In Figur 13 ist zu beachten, daß die elektrische Pulsdauer, die Dauer der Magnetkraft und die Dauer des Nietkraftpulses etwa gleich sind. Dies ist, wie oben beschrieben, von Vorteil für den Betrieb und die Effizienz des Systems. Da die Magnetkraft über den Zeitpunkt der Beendigung der Arbeit am Niet anhält, ist sie auch noch während der Rücklauf- oder Rückprallzeit des Stempels vom Niet wirksam. Die weiter wirkende magnetische Kraft verlangsamt den rücklaufenden Stempel und sorgt so für einen sogenannten Magnetkisseneffekt.
Figur 12 zeigt eine abweichende Anordnung von Spule und Stempel in einer erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung. Üblicherweise ist der Außendurchmesser des Stempelteils mit der Kupferplatte gleich wie der Durchmesser der zugehörigen Spule. Bei dieser Abwandlung ist die Platte 92A des Stempels 93 wenigstens etwa 5 % größer als der Durchmesser der Spule 94. Dies hat den Vorteil einer verbesserten Systemeffizienz.
Figur 15 zeigt ein Rücklaufsystem speziell zur Verwendung mit der in den Figuren 1 und 3 gezeigten Ausführung. Die in den Figuren 1 und 3 gezeigten Betätigungsvorrichtungen sind als Teile 102 und 103 dargestellt, die von zugeordneten Rollenlagern und Führungseinrichtungen 105A und 107A getragen werden. Die zugehörigen Luftzylinder sind mit 104 und 106 bezeichnet und durch entsprechende Kolbenstangen 108 und 110 verbunden.
Jeder der Luftzylinder 104 und 106 enthält eine vordere und hintere Kammer 107, 109 für den Zylinder 104 bzw. 111, 113 für den Zylinder 106, wobei die beiden Kammern jedes Zylinders durch Einweg-Drucksicherheitsventile 112 und 114 miteinander verbunden sind. Die Rücklaufanordnung umfaßt eine nicht gezeigte Druckluftquelle im Bereich von 138 bis 1034 kN/m² (20 bis 150 PSI). Die Druckluftquelle ist abwechselnd an die beiden Kammern jedes Luftzylinders und an die entsprechenden Sicherheitsventile 112 und 114 über Versorgungsleitungen 115, 117 angeschlossen. Beide Versorgungsleitungen 115, 117 weisen, wie gezeigt, übliche Druckreduzierer 119, 121 auf.
Anfangs wird ausreichend Luftdruck zu den hinteren Kammern der entsprechenden Luftzylinder geliefert, um die Betätigungsvorrichtungen nach vorne zum Anliegen an den zu bearbeitenden Niet zu bringen. Dies wird als Klemmkraft bezeichnet. Die Klemmkraft kann auch auf die zu nietenden Platten über Druckfüße 123, 124 verteilt werden, die jegliche Lücke zwischen den beiden Platten zwangsläufig schließt.
Wenn das System gestartet wird, ist die Luftquelle zu den Luftzylindern 104 und 106 abgeschaltet, so daß bezogen auf die kurze Zeitdauer des Nietstauchens und folgenden Rücklaufs der Betätigungsvorrichtung die Druckbegrenzer 119, 121 die Luftzylinder wirkungsvoll von der Umgebung isolieren. In dem Maße wie die Betätigungsvorrichtungen vom Niet zurückprallen steigt der Druck in den hinteren Kammern 109, 113 jedes Luftzylinders. Die als Einwegventile ausgelegten Überdruckventile 112 und 114 sind in dieser Ausführung so ausgelegt, daß sie bei einem Druck, der geringfügig größer als der gewählte Klemmdruck, d.h. von bis etwa 1034 kN/m² (150 PSI), ist, öffnen. Wenn nun die Überdruckventile öffnen, strömt Luft in die vorderen Kammern 107, 111 der Luftzylinder und der Rücklaufimpuls der Betätigungsvorrichtung nimmt solange ab, bis die Betätigungsvorrichtung stillsteht. Dann ist die Betätigungsvorrichtung wieder bereit geklemmt und von neuem betrieben zu werden.
Die Figuren 16 und 18 zeigen eine Ausführung der erfindungsgemäßen Betätigungsvorrichtung, das für besondere Anwendungen, wie bei Robotern, geeignet ist, wobei die Luftzylinder mittels eines Feder/Dämpfer-Systems betrieben werden. Die Ausführung nach Figur 16 beinhaltet ein bewegliches Plastikgehäuse 132 in einer rostfreien Stahlhülse 133, eine Spule mit Halter 134, einen Stempel 136 mit Kupferplatte 137, eine Rücklaufmasse 138 sowie ein externes Feder/Dämpfer-System (Figur 18).
Stempel, Spule und Rücklaufmasse sind im verschiebbaren, rohrförmigen Gehäuse 132 gehalten, das in der festen Hülse 133 ein Traglager vorsieht. Eine innere Feder drückt den Stempel 136 und die mit ihm verbundene Platte 137 nach vorne zur Klemmung gegen ein Werkstück. Die Wirkung der Feder 140 sorgt auch für einen Zwischenraum zwischen der Spule 134 und der Kupferplatte 137. Sollte der Apparat versehentlich abgefeuert werden, solange sich Spule und Stempel in dieser Stellung zueinander befinden, ist die ausgeübte Kraft auf den Stempel relativ gering. Denn vor der Klemmung, solange der Stempel nicht in Kontakt mit einem Niet oder ähnlichen kommt, verhindert die Feder 140 einen möglichen schädlichen Aufschlag des Stempels auf die Frontplatte.
Mit Bezugnahme auf Figur 18 ist eine externe Feder 141zwischen zwei externen festen Dornen 142, 143 verbunden, wobei ein Dorn 142 an der Hülse 133 in der Nähe deren vorderen Endes, der andere Dorn 143 an der Rücklaufmasse befestigt ist. Die Feder 141 nimmt den Rückschlag der Betätigungsvorrichtung auf Ein hydraulischer Dämpfer 144, der zwischen der Rücklaufmasse und einem an der Hülse 133 in der Nähe ihres hinteren Endes befestigten Dorns angebracht ist, nimmt den Rückschlageffekt der Feder 141 auf. Feder 141 und Dämpfer 144 zusammen bringen die Betätigungsvorrichtung fein zum Stillstand.
Figur 17 zeigt eine schußwaffenähnliche Ausführung ähnlich zu der aus Figur 16, in der auch die elektrische Verschaltung innerhalb des Waffengehäuses enthalten ist. Die Ausführung umfaßt ein Gehäuse 150, eine Spule 152 und einen Stempel 154 mit einer Kupferplatte 153 sowie einem Stempelschaft 155, der durch das Nasenstück 151 hervorragt. Eine Nietform oder ein anderes Werkzeug 157 ist am vorderen Ende des Stempelschafts 155 befestigt. Eine Federanordnung 149 erstreckt sich zwischen Stempel und Spule. Der Stempelschaft ist in voll ausgefahrener Stellung gezeigt. Hinter der Rückwand 163 liegen die Rücklaufdiode 159, der SCR 156 und eine Druckklemme 161. Im hinteren Teil der Einheit liegen die Elektrolytkondensatoren. Das Gehäuse 150 umfaßt ein Gehäuse für die Kondensatoren und die anderen elektronischen Bauteile. Die ganze Einheit kann entweder mit einer externen Energieversorgung über einen Stecker 165 oder durch ein aufsteckbares Batteriepack betrieben werden und wird mittels eines herkömmlichen Auslöseschalters 162 in Betrieb gesetzt. Andere Steuerungen, wie Spannungssteuerung, Ladungssteuerung und eine Synchronisationsbuchse sind vorgesehen. Die Einheit ist für den Gebrauch in solchen Situationen entworfen, in denen eine tragbare Hand-Betätigungsvorrichtung nützlich ist.
Die Figuren 7 und 8 zeigen eine erfindungsgemäße elektromagnetische Betätigungsvorrichtung mit einem hohlen Mittelteil, in welchem ein Bohrgerät angeordnet ist. Eine Stempelhülse 150A hat einen Innendurchmesser von 44,5 mm (1 3/4"). Am hinteren Ende der Hülse 150 ist eine ringförmige Stempelplatte 152A aus Kupfer befestigt, die einen geringfügig größeren Innendurchmesser als die Hülse 150A aufweist. Hinter der Stempelplatte liegt eine ringförmige Spule/Spulenhalter. Die Betätigungsvorrichtung ist in einem nicht gezeigten Gehäuse angeordnet, welches seinerseits axial beweglich an einem Roboterarm oder an einer anderen Tragstruktur gehalten sein kann.
An der Hülse 150A ist ein zum vorderen Ende der Stempelhülse reichender Bügel 154B angebracht. Der Bügel 154B ist derart montiert, daß eine 90º-Drehung möglich ist. Eine Betriebsstellung des Bügels zeigt direkt nach vorne, parallel zur Achse der Betätigungsvorrichtung. Am vorderen Ende des Bügels 154B ist eine Nietfingeranordnung 156A, die den Niet halten und in ein vorgebohrtes Loch einsetzen kann. Ein Stück dieses vorderen Bügels ist als Nietform ausgebildet und kann daher aufgrund des Abfeuerns der Betätigungsvorrichtung den Niet formen. In der zweiten Betriebsstellung wird der Bügel von der Vorderseite der Vorrichtung weggeschwenkt und gibt daher das freie Ende der Stempelhülse 150A frei. Im gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt die Verschwenkung 90º in der dargestellten Richtung, sie kann aber auch anders, d.h. im Bereich von 45º oder mehr zu jeder Seite der Mittelstellung erfolgen.
In der hohlen Öffnung der Stempelhülse 150A ist eine Traghülse 160 vorgesehen, die an der Innenfläche der Stempelhülse 150A anliegt. An dieser Traghülse 160 ist ein herkömmliches Bohrfütter verschraubbar befestigt, das um ein Stück aus dem vorderen Ende der Traghülse 160 herausragt. Der Bohrer wird mittels eines üblichen Luftmotors 166, der im Lager 160 hinter dem Bohrer 162 angeordnet ist, in Drehbewegung versetzt. Durch die Konfigurierung der Struktur muß das drehende Bohrfütter nicht mehr unabhängig axial verschiebbar gemacht werden. Sobald der Bügel zur Seite geschwenkt ist, kann der ganze Apparat axial verschoben werden, um die benötigte Bohrung auszuführen. Wenn der Bügel vorne liegt kann genietet werden.
Die obige Anordnung weist die Fähigkeit auf, als Bohrer zu arbeiten und Nieten einzusetzen und zu formen durch bloße axiale Verschiebung der gesamten Einrichtung. Dadurch werden die Komplexität, Größe und das Gewicht des Systems verringert, was bei der Anwendung bei Robotern besondere Beachtung findet. Außerdem werden die Kosten des Systems verringert.
Beim Bohren ist der Bügel, wie in Figur 8 gezeigt, in der 90º-Stellung, außerhalb des Weges des Bohrers 162. Die ganze Einheit wird dann nach vorne bewegt, bis die Bohrerspitze die Platte berührt. Der Bohrer dreht sich anschließend mit einer für die gewünschte Bohrung und Ansenkung gewählten Geschwindigkeit, dann wird die ganze Einheit axial zurückgezogen. Jetzt wird der Bügel 154B um 90º in die Nietstellung verschwenkt, wie in Figur 7 gezeigt. Ein Niet wird in den Nietfinger eingesetzt oder vorher vom Finger aufgenommen und die Einheit wird nach vorne zum Einsetzen des Niets in die Bohrung bewegt. Der Nietformabschnitt des Bügels 154B wird anschließend nach vorne gegen den Niet gedrückt und die Betätigungsvorrichtung abgefeuert, wodurch die oben beschriebene Stauchung des Niets erfolgt.
Die Figuren 9 bis 11 zeigen verschieden Mittel zur Kühlung der Spule, falls dies notwendig ist. Bezugnehmend auf Figur 9 reicht ein kleines schlauchartiges Teil 200 entlang der ganzen Länge des Kupferstreifens, der die Spule 202 an ihrer Rückfläche enthält. Dieses schlauchartige Element 200 bildet so einen Leitungsweg entlang der Unterkante jeder Windung der Spule. Das Element 200 kann integraler Bestandteil des Kupferstreifens oder ein gesondertes und daran befestigtes Bauteil sein. Der durch das Teil 200 gebildete Leitungsweg erlaubt die Zirkulation eines Kühlmittels, wodurch ein guter Wärmetransport zwischen den einzelnen Windungen und der Umgebung ermöglicht wird. Diese Anordnung ist vorteilhaft, wenn die Dicke der Windungen etwa gleich oder größer als 1,6 mm (1/16 inch) ist.
Figur 10 zeigt ein anderes Spulenkühlsystem. Die Spule 206 und Leitungen 208 sind üblich dargestellt. Eine Luftkammer 210 reicht um den unteren Bereich der Spule herum. Radiale Luftwege 212 liegen unterhalb der Spule und sind mit der Luftkammer 210 verbunden. Durch den Einlaß 214 wird Luft durch die Kammer 210 und die Luftwege 212 gedrückt.
Figur 11 zeigt eine weitere Ausführung, bei der radiale Wege durch die Spulenwindungen in die Nähe der Rückfläche der Spule vorgesehen sind. Die Unversehrtheit der elektrischen Isolierung der Spulenwindungen wird durch das Abfasen der Kanten 226 gegenüber den an den Stempel angrenzenden Kanten 228 erreicht. Der Isolierungsraum zwischen den Windungen wird so vergrößert. Der durch das Anfasen geschaffene radiale Raum 230 kann mit einem elektrisch isolierenden, jedoch harten Material gefüllt werden, um das Bohren der Kühlleitungswege darin zu erleichtern, ohne zu einem Kurzschluß zwischen den Spulenwindungen zu führen. Säureätzungen und/oder Lasertechniken können eingesetzt werden, die Schaffung der Kühlleitungen zu unterstützen. Außerdem können solche Wege auch bei nicht angefasten Windungen sorgfältig mit Säure geätzt oder mittels Laser geschnitten werden.
Ganz allgemein ist es wünschenswert, radiale Leitungswege in der Nähe oder angrenzend an die Rückseite der Spule zu haben, einschließlich solcher in den Spulenwindungen selbst. Die Ausführungen in den Figuren 10 und 11 verdeutlichen einige spezielle Mittel zur Erzielung solcher radialen Leitungswege.
Es wurde eine elektromagnetische Betätigungsvorrichtung beschrieben, die wesentliche betriebliche und praktische Vorteile gegenüber bestehenden elektromagnetischen Hochspannungs-Betätigungssystemen aufweist. Insbesondere ist die vorliegende Betätigungsvorrichtung weniger teuer, sicherer in der Handhabung und ermöglicht ein hohes Maß an Steuerung der Metallformung. Es sollte natürlich verstanden werden, daß die Erfindung, auch wenn sie im Zusammenhang mit einem elektromagnetischen Nietsystem beschrieben wurde, auch in anderen Betätigungssystemen eingesetzt werden kann. Beispielsweise ist ein solches Betätigungssystem bei einer Vielzahl von metallformenden Anwendungen genauso nützlich wie beim Kaltbearbeiten, Stanzen oder Zerstückeln von Metall, Beton oder dergleichen, beim Hämmern, wie beim Bohrhämmern und in elektrischen Schaltkreisen, wo die Anwendung großer mechanischer Kraft nötig ist.

Claims

1. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) hoher Energie mit einer Betätigungseinrichtung, die einen Stempel (18, 86, 136, 154, 154B) mit einem Abschnitt (90, 155, 156A) umfaßt, welcher geeignet ist zur Aufnahme eines Werkzeugs (92, 157, 162A) oder dergleichen zur Metallformung oder anderen Arbeiten mit großer Krafteinwirkung, wie Nieten, und die weiter eine Betätigungsplatte (19, 88, 137, 152A, 153) mit Eignung zum Aufbau von Magnetfeldwirbelströmen darin umfaßt, sowie einer Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 152A, 202, 206) in unmittelbarer Nähe der besagten Platte (19, 88, 137, 152A, 153), einer Quelle (31, 35, 158) für gespeicherte Energie zur Bereitstellung einer wählbaren Spannung, die so ausgelegt ist, daß sie einen Stromstoß in besagter Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) erzeugt, wenn sie mit dieser verbunden ist, weiter mit Steuereinrichtungen (32, 34) zum abwechselnden Verbinden der Quelle (31, 35, 158) für die gespeicherte Energie mit der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206), um einen relativ großen Stromstoß kurzer Dauer in der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) zu erzeugen, der seinerseits wieder ein schnell wechselndes magnetisches Feld hoher Energie schafft und daraus folgend Wirbelströme in der Betätigungsplatte (19, 88, 137, 152A, 153) induziert, wodurch ein magnetischer Impuls geschaffen wird, der groß genug ist, um den Stempel (18, 86, 136, 154, 154B) in Richtung auf das Werkstück zu stoßen mit ausreichender Kraft zur Erzielung der gewünschten Auftreffarbeit, dadurch gekennzeichnet, daß die gewählte Spannung der Quelle (31, 35, 158) für die gespeicherte Energie relativ gering ist und daß besagte Betätigungsplatte (19, 88, 137, 152A, 153) relativ dick ist, und zwar dicker als eine magnetische Diffusionslänge des Materials der Platte (19, 88, 137, 152A, 153) für die Dauer des besagten Stromstoßes und weiterhin ausreichend dick ist, um die axiale Diffusion des schnell wechselnden Magnetfelds in dem Maße zu reduzieren, daß der Stromstoß in der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206), der durch die relativ niedrige Spannung hervorgerufen wird, immer noch einen magnetischen Kraftstoß erzeugt, der ausreicht, um den Stempel (18, 86, 136, 154, 154B) mit ausreichender Kraft zur Erzielung des gewünschten Aufschlags in Richtung auf das Werkstück zu stoßen, wobei die Dauer des Stromstoßes im wesentlichen in der Größenordnung der Anstiegszeit des Kraftstoßes des Stempels (18, 86, 136, 154, 154B) gegen die Last liegt.

2. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (32, 34) einen Schalter (36, 37, 156) enthält, der die Quelle (31, 35, 158) für die gespeicherte Energie mit der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) verbindet und weiter eine Einrichtung (34) enthält zur Steuerung besagten Schalters (36, 37, 156), wobei besagte Steuereinrichtung (34) eine Diode (50, 159) aufweist, die bezogen auf die Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) so mit dieser verbunden ist, daß auf den ersten Stromstoß durch die Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206), der aus dem Schließen besagter Schaltereinrichtung (36, 37, 156) resultiert, ein Stromfluß zwischen der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) und besagter Diode (50, 159) folgt und wobei besagte Diode (50, 159) dadurch besagte Quelle (31, 35, 158) für die gespeicherte Spannung vor negativer Aufladung schützt.

3. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der folgende Stromfluß zwischen der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) und der Diode (50, 159) derart ist, daß er ein Anwachsen der Dauer des Stromstoßes und der Magnetkraft zur Folge hat.

4. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (20, 43, 45 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206), die Quelle (31, 35, 158) für die gespeicherte Energie und die Schalteinrichtung (36, 37, 156) einen elektrischen Schaltkreis bilden und wobei der elektrische Widerstand des besagten elektrischen Schaltkreises geringer ist als 0,050 Ohm.

5. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dauer des Stromstoßes länger als die zur Durchführung der Stempelarbeit benötigte Zeit ist, und zwar derart, daß die Magnetkraft auch noch dann weiter anhält, wenn der Stempel (18, 86, 136, 154, 154B) sich wieder zur Spule (20, 43 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) zurückbewegt, wodurch der Stempel (18, 86, 136, 154, 154B) während dieser Zeit wenigstens teilweise abgebremst wird und die Spule (20, 43 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) wenigstens teilweise vor dem Auftreffen des Stempels (18, 86, 146, 154, 154B) geschützt wird.

6. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrischen Leiter (42, 44, 46, 48) zwischen der Quelle (31, 35, 158) für die gespeicherte Energie und der Spule (20, 43 ,45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) sowohl einen relativ geringen Widerstand als auch eine relativ geringe Induktivität aufweisen und daß sie als Vierpol angeordnet sind.

7. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (72) so angeordnet ist, daß sie pro 25,4 mm (1 inch)Durchmesser 10 bis 20 Windungen umfaßt und daß die Spule (72) einen Durchmesser im Bereich von etwa 38 - 100 mm (1 1/2 - 4 inch) aufweist.

8. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Betätigungsplatte (92A) um mindestens 5% größer ist als der Außendurchmesser der Spule (94).

9. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle elektrisch leitenden Teile der Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) mit Ausnahme des Stempels (18, 86, 137, 154, 154A) und der Betätigungsplatte (19, 88, 137, 152A, 153) mindestens 2 cm von der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) beabstandet sind.

10. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung ein Betätigungsgehäuse (16) umfaßt, welches besagten Stempel (18), besagte Betätigungsplatte (19) und besagte Spule (20) aufnimmt, wobei besagter Stempel (18) axial aus diesem Gehäuse (16) herausragt und wobei im Gehäuse (16) stoßabsorbierendes Material (64) enthalten ist, an dem ein Teil der Frontfläche des Stempels (18) anliegt wenn das Werkzeug nicht in Kontakt mit der Last ist, wodurch eine Beschädigung des Stempels (18) verhindert wird.

11. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie Mittel (77, 140, 149) umfaßt zur Trennung der Betätigungsplatte (88, 137, 152A, 153) von der Spule (72, 134, 152, 154) um einen ausreichenden Abstand, bevor der Stempel (86, 136, 154) gegen die Last verspannt wird, um eine Beschädigung der Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) für den Fall zu vermeiden, daß die gespeicherte Energie (31, 35, 158) sich entlädt, solange der Stempel (86, 136, 154) nicht in Kontakt mit der Last ist.

12. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Trennmittel eine Feder (77, 140, 149) ist.

13. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung ein Betätigungsgehäuse (16, 132, 150) umfaßt, welches die Spule (20, 72, 134, 152), den Stempel (18, 86, 136, 154) und die Betätigungsplatte (19, 88, 92A, 137, 153) aufnimmt, wobei das Gehäuse (16, 132, 150) eine Frontplatte (52) mit einer Öffnung (58), durch welche besagter Teil (90) des Stempels (18, 86, 136, 154) herausragt, eine rückwärtige Platte (54) sowie ein Zwischenstück (56) zur Verbindung von Front- und rückwärtiger Platte (52 und 54) aufweist.

14. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnei, daß der Außendurchmesser der Betätigungsplatte (19, 88, 137, 153) ungefähr so groß ist wie der Innendurchmesser des Zwischenstücks (56) des Betätigungsgehäuses (16, 132, 150) und daß die Öffnung (58) der Frontplatte (52) eine Vorrichtung (62) zur Lagerung besagten Teils (90) des Stempels (18, 86, 136, 154) aufweist.

15. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch ein umgebendes Gehäuse (133), in dem das Betätigungsgehäuse (132) befestigt ist sowie durch eine Lagerung, die eine axiale Gleitbewegung des Betätigungsgehäuses (132) relativ zu dem umgebenden Gehäuse (133) ermöglicht.

16. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Betätigungsgehäuse (150), das die Spule (152), den Stempel (154) und die Betätigungsplatte (153) enthält, wobei die Steuervorrichtung und die Quelle (158) für die gespeicherte Energie im Betätigungsgehäuse (150) enthalten sind und die Quelle (158) für die gespeicherte Energie eine Mehrzahl von Kondensatoren (158) aufweist und wobei die Betätigungsvorrichtung weiterhin eine Gleichspannungsversorgung für die Aufladung der besagten Kondensatoren sowie eine Batterie zur Versorgung der Gleichspannungsversorgung umfaßt.

17. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (202, 206) in einem Träger angeordnet ist, der mit der Rückseite der Spule (202, 206) in Kontakt ist und daß die Innenfläche der Spule (202, 206) eine Vorrichtung (200, 210) zur Kühlung der Spule (202, 206) einschließt.

18. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlvorrichtung radial verlaufende, mit der Spule verbundene Leitungswege sowie eine Verbindungsleitung zum Kühlmitteltransport zur Außenfläche der Spule und zur Trägeranordnung aufweist.

19. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch Mittel zum Befeuchten der Außenwindung der Spule.

20. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung so ausgebildet ist, daß sie einen in axialer Richtung offenen Mittelbereich aufweist und daß eine zweite Betätigungsvorrichtung (162A) im offenen Mittelbereich der besagten Betätigungsvorrichtung angeordnet ist, die zusätzliche Arbeit anderer Art als Arbeit mit großer Auftreffkraft ausführen kann, wie beispielsweise Bohren.

21. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 20, gekennzeichnet durch Mittel zur gemeinsamen axialen Verschiebung der besagten Puls-Betätigungsvorrichtung mit der in ihrem offenen Mittelbereich angeordneten Betätigungsvorrichtung.

22. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung (166) zur Drehung besagter Vorrichtung (162A) in besagtem offenen Mittelbereich mit relativ hoher Geschwindigkeit.

23. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung ein Luftmotor (166) ist.

24. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß besagter Bereich des Stempels ein ringförmiges Teil (154B) beinhaltet, welches sich bis zum vorderen Ende der Betätigungsvorrichtung in einer ersten Stellung erstreckt und daß das Ringteil (154B) so befestigt ist, daß es von dem vorderen Teil der Betätigungsvorrichtung weg in eine zweite Stellung bewegt werden kann.

25. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die in dem offenen Mittelbereich der Betätigungsvorrichtung angeordnete Vorrichtung (162A) derart befestigt und daß das Ringteil (154B), wenn es sich in seiner zweiten Stellung befindet, so ausgebildet ist, daß durch besagte, im offenen Mittelbereich der Betätigungsvorrichtung angeordnete, Vorrichtung (162A) eine ähnliche Arbeit ohne axiale Verschiebung und unabhängig von der Betätigungsvorrichtung ausgeführt werden kann.

26. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß das Ringteil (154B) an seiner Vorderkante eine Vorrichtung (156A) zur Aufnahme eines Niets sowie zur Formung des Niets nach seinem Einsetzen in einer zu seiner Aufnahme geeigneten Bohrung des Werkstücks aufweist.

27. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Magnetkraftpuls (98) eine ausreichend lange Pulsdauer aufweist, so daß er während der federbelasteten Rückkehr des Stempels (18, 86, 136, 154, 154B) vom Werkstück noch in einem Maße aufrechterhalten bleibt, um die Bewegung des Stempels (18, 86, 136, 154, 154B) zu verlangsamen.

28. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Betätigungsvorrichtung eine Vorrichtung zur Steuerung ihres Rücklaufs einschließt, welche wiederum ein festes äußeres Gehäuse (133) zur Aufnahme der Betätigungsvorrichtung darin sowie eine Rückholfeder (141) umfaßt, die einerseits mit dem Außengehäuse (133) verbunden ist und andererseits mit einer Rückholmasse (135), welche hinter besagter Spule (134) derart angeordnet ist, daß die Feder (141) gespannt wird, um das Moment der Rückholmasse (135) zu absorbieren und daß die Steuervorrichtung weiterhin ein hydraulisches Dämpfelement (144) umfaßt, welches mit dem Außengehäuse (133) und der Rückholmasse (135) derart verbunden ist, daß das Zurückfedern der Rückholfeder (141) absorbiert wird, um schädlichen Rückschlagkontakt zwischen der Rückholmasse (135) und dem festen Außengehäuse (133) zu verhindern.

29. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Strompuls (100) in der Spule (20, 43, 45, 72, 94, 134, 152, 154A, 202, 206) eine Dauer von wenigstens ungefähr einer Millisekunde aufweist.

30. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule eine Kühlvorrichtung mit sich radial durch die Spulenwindungen hindurch erstreckenden Leitungswegen sowie eine Vorrichtung zum Transport von Kühlflüssigkeit darin umfaßt, wobei die radialen Leitungswege mittels Säure geätzt sind, um eine elektrische Verbindung mit benachbarten Spulenwindungen zu verhindern.

31. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zweite Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103), eine zweite Quelle (31, 35) für gespeicherte Energie für besagte zweite Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) sowie eine zweite Steuervorrichtung für besagte zweite Betätigungsvorrichtung wobei die erste und die zweite Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) einander gegenüberliegend angeordnet sind, um gegenüberliegende Seiten des gleichen Werkstücks zu bearbeiten.

32. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur zeitlichen Steuerung des Betriebs der entsprechenden Steuervorrichtungen, so daß die entsprechenden Betätigungsvorrichtungen zu unterschiedlichen Zeiten betätigt werden können.

33. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Verzögerung des Betriebs einer der Betätigungsvorrichtungen in Bezug auf die andere Betätigungsvorrichtung.

34. Elektromagnetische Puls-Betätigungsvorrichtung (10, 12, 102, 103) nach Anspruch 31, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung zur Steuerung des Betrags der Speicherladung in jeder der Speichervorrichtungen und damit der Spannung.