DE4436615A1

DE4436615A1 - Vorrichtung mit Hochstromschleife und Verfahren für die magnetische Verformung von Metallteilen

Info

Publication number: DE4436615A1
Application number: DE4436615A
Authority: DE
Inventors: Erich Dr Steingroever
Original assignee: Magnet Physik Dr Steingroever GmbH
Current assignee: Magnet Physik Dr Steingroever GmbH
Priority date: 1994-10-13
Filing date: 1994-10-13
Publication date: 1996-04-18
Also published as: ITFI950049A0; IT1277839B1; US5586460A; ITFI950049A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung mit Hochstromschleife und Impuls-Transformator für die magnetische Verformung von Metallteilen mit hohen Magnetimpulsen nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 und bezieht sich außerdem auf ein Verfahren für die magnetische Verformung von Metallteilen mittels der artiger Vorrichtungen.

Insbesondere betrifft die Erfindung Vorrichtungen mit einer Hochstromschleife, die als Sekundärspule eines Impuls-Trans formators nach der deutschen Patentanmeldung P 44 23 992.0 ausgebildet oder an diese auswechselbar angeschlossen ist. Mit dieser Patentanmeldung wird vorgeschlagen, einen Hoch stromleiter auf einen Magnetfeldkonzentrator mit einer Öff nung für das zu verformende Metallteil wirken zu lassen, den er umschließt. Der Magnetfeldkonzentrator ist ein Kupfer- oder Aluminium-Zylinder, der radial einfach oder zweifach ge schlitzt ist und das zuverformende Metallteil in der Öffnung an der engsten Stelle aufnimmt.

Derartige Magnetfeldkonzentratoren sind umständlich zu hand haben und arbeiten mit erheblichen Übertragungsverlusten, da ein großer Teil der Impulsenergie durch die Übertragung der selben zunächst auf den Magnetfeldkonzentrator und dann von diesem auf das zu verformenden Metallteil verlorengeht.

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Übertragungsverluste zu vermeiden und eine aus wenigen Bauteilen bestehende Vorrich tung nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 mit einem verbes serten Wirkungsgrad zu schaffen.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hochstromschleife selbst als Magnetfeldformer mit einer Öffnung zur Aufnahme des zu verformenden Metallteiles ausge bildet ist und einen Schlitz radial zu dieser Öffnung auf weist. Vorzugsweise liegt der Schlitz in Richtung auf die Pole des Impuls-Transformators.

Hierdurch ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau einer solchen Vorrichtung mit wesentlich geringeren Übertragungs verlusten im Vergleich zu der älteren Anordnung, indem die Hochstromschleife, die in Serie mit der Sekundärspule des Impuls-Transformators verbunden ist, im Bereich des verfor menden Magnetfeldes selbst als Feldformer oder Magnetfeldkon zentrator ausgebildet ist, wobei die Hochstromschleife eine Öffnung zur Aufnahme eines zu verformenden Teiles aufweist und radial zu dieser Öffnung geschlitzt ist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Vorrichtung ist die Hochstromschleife im Bereich des verformend wirkenden Magnet feldes geteilt und zum Öffnen ausgebildet. Hierdurch können mit der Vorrichtung auch Metallteile verformt werden, die außerhalb der Verformungsstelle größere Abmessungen als diese aufweisen und die in die bekannten Magnetfeldkonzentratoren nicht oder nur umständlich eingeführt werden können. Solche Teile sind Metallrohre mit Fittingen, die größer als der Rohrdurchmesser sind, die T-förmige Verbindungsstücke auf weisen oder die schon zu langen Schlangen vorgebogen sein können.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Hochstrom schleife quer zu der Öffnung geteilt ist, die das zu verfor mende Metallteil aufnimmt.

Die Hochstromschleife kann nach einem besonders vorteilhaften weiteren Merkmal der Erfindung als auswechselbarer Magnet feldformer aus einem Block, vorzugsweise aus Kupfer oder Alu minium oder aus einer entsprechenden, hochfesten, elektrisch gut leitenden Legierung ausgebildet sein, der eine Öffnung für das zu verformende Metallteil aufweist und der im Bereich der Öffnung geteilt ist.

Zur Aufnahme der zu verformenden Metallteile wird die Teilung der Hochstromschleife geöffnet, das Metallteil eingelegt und der Leiter wieder geschlossen, indem sein Oberteil auf das Unterteil gepreßt wird, so daß ein hoher Stromimpuls fließen kann.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die Hochstrom schleife zur Aufnahme von zu verformenden rohrförmigen Me tallteilen verwendet wird, die außerhalb der Verformung einen größeren Außendurchmesser aufweisen, ein Metallteil mit grö ßerem Volumen aufnehmen und/oder schlangenförmig vorgebogen sind.

Eine besonders hohe Fertigungsgenauigkeit wird dabei dadurch erreicht, daß die die Öffnung bildenden Teile der Hochstrom schleife gegen den beim Verformen auftretenden hohen Druck mit mechanischen Mitteln zusammengepreßt werden, so daß sie selbst sich nicht verformen können.

Zur störungsfreien und sicheren Handhabung trägt auch beson ders bei, wenn die stromführenden Teile der Hochstromschleife mit Zwischenlagen aus einem ein Verschweißen der Teile ver hindernden Werkstoff, insbesondere aus Silber, zusammenge preßt werden.

Besonders vorteilhaft sowohl für die Herstellung solcher Hochstromschleifen als auch für die Stromführung ist es wei terhin, daß die Hochstromschleife ein blockförmiges Oberteil mit einer halben Öffnung aufweist, das auf untere Leiter blöcke mit der anderen halben Öffnung gepreßt wird. Hierbei wird eine besonders hohe Paßgenauigkeit erreicht, wenn das Oberteil die unteren Leiterblöcke auch seitlich umfaßt. Vor teilhaft liegen das Oberteil und die unteren Leiterblöcke mit dachförmig gegeneinander geneigten Flanken aufeinander.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung schematisch dargestellt. Es zeigen

Fig. 1 eine blockförmige Hochstromschleife in perspektivi scher Ansicht,

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch eine Vorrichtung mit einer solchen Hochstromschleife und einem Im puls-Transformator in einer ersten Ausführungsform,

Fig. 3 einen senkrechten Schnitt durch eine solche Vor richtung mit einer geteilten blockförmige Hoch stromschleife und zugehörigem Impuls-Transformator,

Fig. 4 einen senkrechten Schnitt durch eine gegenüber Fig. 3 abgewandelete Ausführungsform der blockförmigen Hochstromschleife,

Fig. 5 einen senkrechten Schnitt durch eine weitere abge wandelte Ausführungsform der geteilten blockförmi gen Hochstromschleife,

Fig. 6 einen senkrechten Schnitt durch eine geteilte blockförmige Hochstromschleife mit einer mechani schen Schnellspannvorrichtung,

Fig. 7 eine Draufsicht auf die Schnellspannvorrichtung von Fig. 6 und

Fig. 8 eine Draufsicht auf eine geteilte Hochstromschleife gemäß Fig. 3 bis 6 mit einem in die Öffnung der Hochstromschleife eingelegten, aufgeschnitten ge zeigten, zu verformenden gebogenen Metallrohr mit einem endseitigen Anschlußteil, zum Beispiel mit einem Fitting.

Die in der Zeichnung gezeigten Ausführungsformen von Hoch stromschleifen 1 für die magnetische Verformung von Metall teilen 2 (Fig. 8) mit hohen Magnetimpulsen sind zum Anschluß an einen Impuls-Transformator 3 bestimmt, wie er beispiels weise in der älteren deutschen Patentanmeldung P 44 23 992.0 vom 7. Juli 1994 beschrieben ist. Der Impuls-Transformator 3 besteht aus einem Hochstromleiter 3a, einem längsgeschlitzten Kupferrohr, mit einer Primärwicklung 3b und einem Eisenkern 3c. Das als Hochstromleiter 3a dienende Kupferrohr ist gegen über dem Eisenkern 3c durch ein geschlossenes Schutzrohr 3d aus Kunststoff isoliert. Der Impuls-Transformator 3 ist mit seinem Primärstromkreis 4 an einen Kondensator 5 angeschlos sen und wird durch Schließen eines Schalters 6 (vorzugsweise ein elektronischer Schalter, wie ein Thyristor oder Ignitron) in diesem Primärstromkreis 4 erregt.

Bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen ist die Hochstrom schleife 1 selbst als Magnetfeldumformer mit einer Öffnung 7 zur Aufnahme eines zu verformenden Metallteiles 2 ausgebildet und hat einen Schlitz 8, der radial zu dieser Öffnung 7 in Richtung auf die Kontaktblöcke 9, 10 des Impuls-Transforma tors 3 verläuft.

Der Stromdurchgang von dem Primärstromkreis 4 durch den Im puls-Transformator 3 und weiter durch die an dessen Kontakt blöcke 9, 10 unmittelbar angeschlossene Hochstromschleife 1 ist in Fig. 2 durch Pfeile 11a für den Stromlauf im Primär stromkreis und 11b für den Stromlauf im Sekundärstromkreis angedeutet.

Bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 besteht die Hochstrom schleife 1 aus einem Leiterblock aus einem elektrisch gut leitenden Material, wie Kupfer, Aluminium oder einer hoch festen, elektrisch gut leitenden Legierung, wie CuCrZr, der in seiner Mitte die Öffnung 7 zur Aufnahme eines zu verfor menden Metallteiles aufweist mit dem davon radial in Richtung auf die Kontaktblöcke 9, 10 des Impuls-Transformators 3 ver laufenden Schlitz 8, wobei beiderseits des Schlitzes 8 Monta ge- und Kontaktflansche 12, 13 mit Bohrungen 14 zur Befesti gung an und zum Kontakt mit den Kontaktblöcken 9, 10 des Im puls-Transformators 3 in einer gemeinsamen Ebene und parallel zueinander angeordnet sind.

Bei dem in Fig. 2 gezeigten abgewandelten Ausführungsbeispiel werden die beiden parallelen Schenkel 1a, 1b der Hochstrom schleife 1 von Fig. 1 unterhalb der Öffnung 7 zusätzlich durch zwei seitliche Spannschienen 15, 16 zusammengehalten, die an den beiden parallelen Außenseiten der Schenkel 1a, 1b der Hochstromschleife 1 angreifen und durch Spannbolzen 17 mit Isolierungen 17a zusammengehalten werden. Die Spann schienen 15, 16 haben, wie in Fig. 8 zu erkennen ist, eine Länge, die größer als die Außenlänge der nach entgegengesetz ten Seiten hervorstehenden Montageflansche 12, 13 der Hoch stromschleife 1 ist, so daß die beiden Spannbolzen 17 außer halb der Montage- und Kontaktflansche 12, 13 der Hochstrom schleife 1 an deren Vorderseite und deren Rückseite quer zu dem Schlitz 8 verlaufen.

Bei den in Fig. 3 bis 8 gezeigten weiteren abgewandelten Ausführungsbeispielen ist die Hochstromschleife 1 im Bereich des verformend wirkenden Magnetfeldes quer zu der Öffnung 7, die das zu verformende Metallteil 2 aufnimmt, geteilt.

Wie an den in Fig. 3 bis 6 gezeigten Ausführungsbeispielen einer solchen Verformungsvorrichtung zu erkennen ist, besteht die Hochstromschleife 1 hierbei aus einem blockförmigen Ober teil 18 mit einer halben Öffnung 7, das auf untere Leiter blöcke 19a und 19b als aufnehmende Teile mit der anderen hal ben Öffnung 7 und mit dem in Richtung auf die Kontaktblöcke 9, 10 des Impuls-Transformators 3 verlaufenden Schlitz 8 gepreßt wird.

Die unteren Leiterblöcke 19a und 19b besitzen damit einteilig ausgebildete seitliche Flansche 20, 21, die über das block förmige Oberteil 18 seitlich hervorstehen und zueinander parallele senkrechte Bohrungen 22 für Befestigungsschrauben 23, 24 aufweisen, mit denen das blockförmige Oberteil 18 mittels eines oberen Spannbügels 25 und einer Isolierstoff zwischenlage 25a mit hohem Druck gegen die unteren Leiter blöcke 19a und 19b angepreßt wird. Die Befestigungsschrauben 23, 24 sind durch Isolierungen 23a, 24a sowohl gegenüber den unteren Leiterblöcken 19a und 19b als auch gegenüber dem oberen Spannbügel 25 elektrisch isoliert. Außerdem ist bei diesem Ausführungsbeispiel die querverlaufende Trennebene 26 zwischen den unteren Leiterblöcken 19a und 19b und dem block förmigen Oberteil 18 der Hochstromschleife 1 in der Mitte der Öffnung 7 flach ausgebildet.

Besonders vorteilhaft ist es hierbei, wenn die stromführenden Teile der Hochstromschleife 1 mit Zwischenlagen 27 aus einem ein Verschweißen der Teile verhindernden Werkstoff, insbeson dere aus Silber, zusammengepreßt werden.

In besonders vorteilhafter Weise kann eine solche Hochstrom schleife 1 zur Aufnahme von zu verformenden rohrförmigen Me tallteilen 2 verwendet werden, die außerhalb des Verformungs bereiches entweder einen größeren Außendurchmesser aufweisen oder ein Metallteil mit größerem Volumen aufnehmen und/oder auch schlangenförmig vorgebogen sein können, wie dies in der Draufsicht von Fig. 8 gezeigt ist.

Bei einer solchen geteilten Hochstromschleife 1 kann diese aus einem blockförmigen Oberteil 18 und unteren Leiterblöcken 19a und 19b auch derart zusammengesetzt sein, daß das Ober teil 18 die unteren Leiterblöcke 19a und 19b auch seitlich umfaßt, wie dies in Fig. 5 gezeigt ist, wobei ein besonders guter Zusammenhalt von Oberteil und unteren Leiterblöcken dadurch erreicht wird, daß das Oberteil 18 und die untere Leiterblöcke 19a und 19b mit dachförmig gegeneinander geneig ten Flanken 28, 29 aufeinanderliegen.

Die die Öffnung 7 der geteilten blockförmigen Hochstrom schleife 1 umschließenden Teile werden bei allen gezeigten Ausführungsbeispielen von Fig. 3 bis 8 gegen den beim Ver formen auftretenden hohen Druck mit mechanischen Mitteln fest zusammengepreßt, beispielsweise durch die Spannschienen 15, 16, die parallel zu dem Schlitz 8 an den beiden Außenseiten der Leiterblöcke 19a und 19b anliegen und durch endseitige Spannschrauben, wie in der Schnittdarstellung von Fig. 2 und in der Draufsicht von Fig. 8 zu erkennen ist, zusammengehal ten werden. Der Anpreßdruck und damit der Zusammenhalt der Teile kann dabei auch noch dadurch erhöht werden, daß das Oberteil 18 der Hochstromschleife 1 nach oben hin dach- oder trapezförmig ausgebildet ist und in eine entsprechend ausge formte Aufnahmevertiefung 30 an dem oberen Spannbügel 25 mit einer isolierenden Zwischenlage 25a formschlüssig eingreift, wie dies in Fig. 4 und 5 gezeigt ist.

In Fig. 6 und 7 ist eine mechanische Schnellspannvorrichtung 31 gezeigt. Diese besteht aus zwei an den unteren Leiter blöcken 19a und 19b angreifenden parallelen Spannschienen 15, 16, die durch Spannbolzen 17 mit Isolierungen 17a zusammen gehalten werden, und einem schwenkbaren oberen Spannblock 32, der um einen senkrechten Spannbolzen 33 drehbar ist und einen zu einer Seite offenen Aufnahmeschlitz 34 für den anderen, parallel dazu aufragenden Befestigungsbolzen 35 derart auf weist, daß der Spannblock 32 mit einer daran mittig angeord neten Spannspindel 36 von dem Oberteil 18 der Hochstrom schleife 1 zur Seite weggeschwenkt werden kann, um das Ober teil 18 von den unteren Leiterblöcken 19a und 19b abzuheben und ein zu verformendes Metallteil in die untere halbe Öff nung 7 an den beiden unteren Leiterblöcken 19a und 19b ein zulegen. Anschließend wird das Oberteil 18 der Hochstrom schleife 1 mit Zwischenlagen 27 aus einem ein Verschweißen der hochstromführenden Teile verhindernden Werkstoff, wie insbesondere Silber, auf die unteren Leiterblöcke 19a und 19b aufgelegt und der Spannblock 32 wieder über das Oberteil 18 verschwenkt, um sodann das Oberteil 18 mittels der handbetä tigten Spannspindel 36 fest gegen die unteren Leiterblöcke 19a und 19b anzupressen. Eine Kugel 36a am Ende der Spann spindel 36 sorgt dabei mit einer Druckplatte 36b mit Isolie rung 36c für einen absolut mittigen Druck auf das Oberteil 18 der Hochstromschleife 1. Zwischen den Spannschienen 15 und 16 und den unteren Leiterblöcken 19a und 19b befinden sich wei tere Isolierungen 36d und 36e, die die Hochstromschleife 1 von der Schnellspannvorrichtung 31 elektrisch isolieren.

Ebenso wie eine mechanische Spannvorrichtung 31 kann selbst verständlich auch eine hydraulisch oder pneumatisch betätigte Spannvorrichtung vorgesehen sein, gegebenenfalls auch eine solche mit einem elektromechanischen Antrieb.

In der Draufsicht von Fig. 8 ist die Hochstromschleife 1 mit einem in die Öffnung 7 eingelegten zu verformenden Metallteil 2 dargestellt. Das Metallteil 2 ist ein Aluminiumrohr mit einem endseitigen Fitting 37 mit einem Rohrstutzen 38, der mit mehreren äußeren parallelen Querrippen 39 versehen ist. Das Aluminiumrohr und der Rohrstutzen 38 sind im Verbindungs bereich aufgeschnitten dargestellt, und zwar auf der linken Seite im unverformten Zustand und auf der rechten Seite nach der Verformung des Aluminiumrohres durch einen hohen Magnet impuls. Das Aluminiumrohr ist hierdurch um die Querrippen 39 eng anliegend herumgeformt und in die ringförmigen Vertiefun gen zwischen den Querrippen 39 so hineingedrückt, daß eine dauerhafte, absolut feste und dichte Verbindung zwischen Aluminiumrohr und Fitting 37 erzeugt wird.

Bezugszeichenliste

1 Hochstromschleife
1a Schenkel
1b Schenkel
2 zu verformendes Metallteil
3 Impuls-Transformator
3a Hochstromleiter, geschlitztes Kupferrohr
3b Primärwicklung
3c Eisenkern
3d Schutzrohr
4 Primärstromkreis
5 Kondensator
6 Schalter
7 Öffnung
8 Schlitz
9 Kontaktblock
10 Kontaktblock
11a Stromlauf im Primärstromkreis
11b Stromlauf im Sekundärstromkreis
12 Montage- und Kontaktflansch
13 Montage- und Kontaktflansch
14 Bohrungen
15 Spannschiene
16 Spannschiene
17 Spannbolzen
17a Isolierungen
18 Oberteil
19a unterer Leiterblock
19b unterer Leiterblock
20 Flansch
21 Flansch
22 Bohrungen
23 Befestigungsschraube
23a Isolierung
24 Befestigungsschraube
24a Isolierung
25 Spannbügel
25a Isolierstoffzwischenlage
26 Trennebene
27 elektrisch leitende Zwischenlage
28 Flanke
29 Flanke
30 Aufnahmevertiefung
31 Schnellspannvorrichtung
32 Spannblock
33 Spannbolzen
34 Aufnahmeschlitz
35 Spannbolzen
36 Spannspindel
36a Kugel
36b Druckplatte
36c Isolierung
36d Isolierung
36e Isolierung
37 Fitting
38 Rohrstutzen
39 Querrippen

Claims

1. Vorrichtung mit Hochstromschleife und einem Impuls- Transformator für die magnetische Verformung von Metall teilen mit hohen Magnetimpulsen, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hochstromschleife (1) selbst als Magnetfeldformer mit einer Öffnung (7) zur Aufnahme des zu verformenden Metallteiles (2) ausgebil det ist und ein Schlitz (8) radial zu dieser Öffnung (7) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn zeichnet, daß der Schlitz (8) in Richtung auf die Kontaktblöcke (9, 10) des Impuls-Transformators (3) liegt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hochstromschleife (1) im Bereich des verformend wirkenden Magnetfeldes geteilt und zum Öffnen ausgebildet ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, da durch gekennzeichnet, daß die Hoch stromschleife (1) quer zu der Öffnung (7) geteilt ist, die das zu verformende Metallteil (2) aufnimmt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Hoch stromschleife (1) als auswechselbarer Magnetfeldformer aus einem Block vorzugsweise aus Kupfer oder Aluminium ausgebildet ist, der eine Öffnung (7) für das zu ver formende Metallteil (2) aufweist und im Bereich der Öffnung (7) geteilt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, da durch gekennzeichnet, daß die die Öffnung (7) bildenden Teile der Hochstromschleife (1) gegen den beim Verformen auftretenden hohen Druck mit mechanischen Mitteln zusammengepreßt werden.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, da durch gekennzeichnet, daß die stromführenden Teile der Hochstromschleife (1) mit Zwi schenlagen (27) aus einem ein Verschweißen der Teile verhindernden Werkstoff, insbesondere aus Silber, zu sammengepreßt werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da durch gekennzeichnet, daß die Hoch stromschleife (1) ein blockförmiges Oberteil (18) mit einer halben Öffnung (7) aufweist, das auf untere Lei terblöcke (19a, 19b) mit der anderen halben Öffnung (7) gepreßt wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch ge kennzeichnet, daß das Oberteil (18) der Hochstromschleife (1) die unteren Leiterblöcke (19a, 19b) auch seitlich umfaßt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Oberteil (18) und die unteren Leiterblöcke (19a, 19b) der Hochstromschlei fe (1) mit dachförmig gegeneinander geneigten Flanken (28, 29) aufeinanderliegen.

11. Verfahren für die magnetische Verformung von Metalltei len mit hohen Magnetimpulsen mittels einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hochstromschleife zur Aufnahme von zu verformenden rohrförmigen Metallteilen verwendet wird, die außerhalb der Verformung einen grö ßeren Außendurchmesser aufweisen, ein Metallteil mit größerem Volumen aufnehmen und/oder schlangenförmig vorgebogen sind.