DE2139092A1

DE2139092A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Verformen metallischer Werkstücke

Info

Publication number: DE2139092A1
Application number: DE19712139092
Authority: DE
Inventors: Basil P.; East Northport N.Y. Leftheris (V.SLA.). M
Original assignee: Grumman Aerospace Corp
Current assignee: Grumman Corp
Priority date: 1970-11-06
Filing date: 1971-08-04
Publication date: 1972-05-10
Also published as: FR2112486B1; SE408145B; JPS5221226B1; US3646791A; SE7511359L; DE2139092C3; SE7511358L; GB1370001A; DE2166650A1; FR2112486A1; CA960618A; GB1370002A; DE2139092B2; DE2166650C3; SE7508497L; SE423189B; DE2166650B2

Description

Grumman Aerospace Gorp₀, South. Oyster Bay Road, Long Island, New York, USA

Verfahren und Vorrichtung zum Verformen metallischer Werkstücke

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen metallischer Werkstücke, insbesondere zum Stauchen von Nieten und zum Setzen von Blindnieten.

Gegenwärtig wird bei verschiedenen Verfahren zum Formen von Metall im wesentlichen Energie in Form von einer von außen aufgebrachten Kraft oder von Wärme angewendete Ein Beispiel dafür ist das Formschmieden, bei dem eine äußere Kraft oder ein Aufschlag auf ein Metallwerkstück ausgeübt wird, das warm oder kalt sein kann, um es in die gewünschte Form zu bringen. Ein anderes Beispiel besteht darin, daß Metall bis zur Schmelze aufgeheizt und dann als Flüssigkeit in eine Gußform gegossen wird, wo es abkühlen kann.

209820/0519

Der Unterschied zwischen Kaltverformung und Warmverformung von Metall liegt in der Beziehung der "Verarbeitungstemperatur zu der Rekristallisierungstemperatur des Metalls. Die Rekristallisierungstemperatur ist die Temperatur, bei der eine markante Erweichung des gerade bearbeiteten Metalles auftritt. Die Kaltbearbeitung von Metall ist eine Verformung des Metalles bei einer Temperatur unterhalb des Rekristallisierungspunktes . IUr ■das Kaltverformen wird mehr Leistung benötigt, da das Metall härter und weniger formbar als das Metall bei dem Warmverformen ist_o

Beim Metallschmieden ist eine große Energie notwendig, um die Arbeit bei der Metallverformung zu leisten, wodurch große und unhandliche Maschinen notwendig werden. Dies gilt sowohl für das Kaltverformen von Metall als auch für das Warmverformen, obwohl beim Warmverformen von Metall weniger Kraft notwendig ist_o Solche Maschinen sind beispielsweise Hochleistungspressen, hydraulische Pressen, Fallhammer und Dampfhämmer *

Ein anderes Metallbearbeitungsverfahren mit einer ähnlichen Technik ist das Nietensetzen. Die Verfahren zum Setzen von Nieten können in drei große Gruppen unterteilt werden: das Nietensetzen durch Aufschlag, durch Kompression und durch eine Kombination dieser beiden Verfahren» Das Aufschlagverfahren zum Stauchen von Nieten verwendet eine Folge von Schlagen und schließt das Nietensetzen von Hand und pneumatisches Hämmern ein. Das Kompressionsverfahren verwendet Preßnietwerkzeuge, die entweder für Handbetrieb oder für Leistungsantrieb und sowohl als tragbare als auch als stationäre Modelle erhältlich sind. Das Kombinationsverfahren

209820/0619

macht von dem Kompressionsverfahren kombiniert mit einem Rollen oder Verdrehen Gebrauch. Diese Verfahren erzielen Ergebnisse, die nicht vollständig befriedigend sindo Ein Versagen der Nieten ist nicht ungewöhnlich und tritt im Betrieb unvorhersagbar ein. Tests an Nieten, die durch herkömmliche Nietmaschinen gestaucht sind, zeigen ein in weitem Bereich widersprüchliches Versagen unter Belastung„ Dies zeigt nur ein Beispiel, wo die augenblicklich zur Verfügung, stehenden Metallbearbeitungsverfahren nicht angemessen sind und einer Verbesserung bedürfen.

Ein anderes Verfahren zur Metallverformung besteht in der Verwendung eines sich ausdehnenden Magnetfeldes (US-PS 2 976 907)ο Dabei wird ein magnetisches Feld, das von einer Wicklung aufgebaut wird, zur Erzeugung eines Druckes oder einer Kraft auf das Metallwerkstück verwendet, um dadurch das Werkstück in die gewünschte Form zu verformen»

Neuerdings haben Laboruntersuchungen gezeigt, daß Metalle verformt werden können, wenn sie Spannungswellen unterworfen werden ("dynamische Plastizität mit großer Verformung bei einer Elastisch-Plastisch-G-renzflache" von J. Fo Bell, J. Eech. PhJ^s₀ Solids, 1968, Band 16, Seite 295). In diesem Bericht wird gezeigt, daß der Zustand der Plastizität in einem Metall durch eine Spannungswelle hergestellt werden kann, die durch Zusammenschlagen zweier gehärteter Metallstangen erzeugt wird.

Es ist auch eine Vorrichtung bekannt, die eine elektromagnetische Abstoßung zweier magnetischer Felder und den dadurch erzeugten Schock verwendet, um ein Metallwerkstück in seiner Lage zu halten, während es durch andere

209820/0519

Mittel verformt wird (US-PS 3 108 325; Pig» 1). Diese Technik verwendet jedoch keine Spannungswelle, um das Metall plastisch zu machen, um auf diese Weise die Verformung zu erreichen»

Es ist bisher nicht möglich, metallische Gegenstände durch Verwendung einer durch das Metall verlaufenden Spannungswelle zu formen, mit Ausnahme als Objekt wissenschaftlicher Studien. Es gibt keine kommerziellen Verfahren, die dieses Konzept verwenden. Ferner gibt es keine kommerziellen oder wissenschaftlichen Verfahren, die elektromagnetische Kräfte verwenden, um eine Spannungswelle zu erzeugen, die ausreicht, um das Metall momentan plastisch zu machen.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Verformen von Metall unter Verwendung von Spannungswellen anzugeben, und insbesondere ein Verfahren zum Verformen metallischer Werkstücke und Nieten und eine Metallverformungsvorrichtung anzugeben, die zum ITietensetzen oder zum Blindnieten verwendet werden kann, und die kompakter in ihrer Bauweise als bekannte Maschinen ist. Durch die Erfindung soll eine verbesserte Blindniete geschaffen werden, die mit der Blindnietvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.

Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen, die im wesentlichen aus einer Energiequelle, die mit einer Flachspule verbunden ist, einem scheibenförmigen Aluminium- oder Kupfertreiber neben der Spule, einem Verstärker oder einer Fokussiereinrichtung neben dem'Aluminiumtreiber und einer Stoßdämpfervorrichtung auf der Rückseite der Spule besteht. Ein Preßstempel oder eine andere Formgebungseinrichtung ist ebenfalls

209820/0519

notwendig, um das Metallwerkstück-in die gewünschte Form zu "bringen. Wenn die Vorrichtung zum Nietensetzen oder zum Punktschweißen verwendet wird, ist eise Gegenmasse an einem Ende der Niete oder der Metallwerkstücke notwendig.

Der Ausgang der Energiequelle "baut ein magnetisches Feld um die Spule auf« Dieses Magnetfeld induziert seinerseits einen Strom in dem Aluminium- oder Kupfertreiber. Der induzierte Strom baut ein magnetisches Feld um den Treiber auf. Die Wechselwirkung der beiden Magnetfelder bewirkt, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, die dann durch die Fokussiereinrichtung in das Metallwerkstück überführt wird, um das Metallwerkstück momentan plastisch zu machen_o

Die Vorrichtung zum Blindnieten ist im wesentlichen gleich aufgebaut wie oben beschrieben, wobei zusätzlich ein zweiter Treiber vorgesehen ist, der eine elektromagnetische Abstoßung erzeugt, die auf die Blindniete gleichzeitig mit und in einer Richtung entgegengesetzt zu der Kraft der ersten elektromagnetischen Abstoßung wirkt, um auf diese Weise die Niete zu stauchen. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der beiliegenden Zeichnungen beschrieben» Es zeigen:

Pig. 1 eine schematische Seitenansicht der erfindungsgemäßen Verformungsvorrichtung und eines Werkstückes;

Fig. 2 eine schematische Seitenansicht einer Blindniet vorrichtung und einer Blindniete gemäß der Erfindung;

Fig. 3 einen Schnitt durch eine erfindungsgemäße Blindniete, wobei die Riete durch Nietlöcher zweier übereinanderliegender Metallplatten eingesetzt ist; und

209820/0519

Figo 4 einen Schnitt einer gestauchten erfindungsgemäßen Blindniete, wobei die Niete zwei übereinanderliegende Metallbleche hintergreift„

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung sind besonders geeignet zur Verwendung beim Schmieden, Nietensetzen, Setzen von Blindnieten, Stanzen und Punktschweißen. Tatsächlich kann ein einziges Werkzeug mit geringen Änderungen dazu verwendet werden, jede dieser Bearbeitungsarten durchzuführen. Die notwendigen Änderungen können in einem Austausch der Energiequelle und/oder in verschieden großen oder geformten Verstärkern bestehen. Die Gemeinsamkeit bei jedem dieser Bearbeitungsvorgänge besteht darin, daß eine Spannungswelle auf das Metallobjekt übertragen wird, die die Energiedichte in dem Metall erhöht, um dadurch die Eigenschaften des Metalles zu transformieren und die Durchführung des bestimmten Bearbeitungsvorganges zu gestatten.

Fach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Metallwerkstück bei einer Temperatur unterhalb seiner Rekristallisierungstemperatur verformt <> Das Werkstück wird einer Spannungswelle unterworfen, die durch die elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder mit hoher Intensität erzeugt wird, wodurch eine Teilchengeschwindigkeit in Fortpflanzungsrichtung der Welle aufgegeben und gleichzeitig die Spannung in dem Werkstück erhöht wird. Die Teilchengeschwindigkeit und die Spannung in dem Werkstück werden bis zu einem vorbestimmten Niveau angehoben, an dem das Metall des Werkstückes momentan plastisch wird. Das axiale Moment des Werkstückes, das durch die Fortpflanzung der Spannungswelle durch das Werkstück erzeugt wird, bewirkt

209820/0519

eine Kompressionsdeformation in Richtung der Fortpflanzung und eine Ausdehnung unter einem rechten Winkel zu der Fortpflanzungsrichtung. Diese Ausdehnung wird durch das Poisson-Verhältnis bestimmt, d. h. durch das Verhältnis zwischen der Spannung in Querrichtung und der direkten Zugspannung. Diese Kompression und die resultierende nach außen gerichtete Ausdehnung des Metallwerkstückes in einem Gesenk oder einem auf andere Weise begrenzten Bereich erzeugt die gewünschte Form»

Zusätzlich zu dem genannten Verfahren zum Verformen eines Metallwerkstückes kann dasselbe Grundkonzept mit derselben Vorrichtung zum Punktschweißen von Metallen verwendet werden. Wenn eine Punktschweißung durchgeführt werden soll, werden die beiden Metallobjekte so angeordnet, daß die zu schweißenden Punkte auf jedem der Objekte miteinander in Kontakt stehen. Eine Spannungswelle wird durch eine elektromagnetische Abstoßung zweier Magnetfelder mit hoher Intensität erzeugte Diese Spannungswelle wird auf eines der Metallobjekte fokussiert. Der Kontaktpunkt zwischen den beiden metallischen Objekten wirkt als Energiesenke, wo die auf das Metall durch die Spannungswelle aufgegebene Energie in Wärmeenergie umgesetzt wird,, Die an dem Kontaktpunkt erzeugte Wärme ist groß genug, um die beiden Metallobjekte an dieser Stelle zu schmelzen und sie dadurch zusammenzuschweißen. Es hat sich bei dieser Schweißung als vorteilhaft erwiesen, eines der Metallwerkstücke zu erwärmen, so daß eine leichtere Durchführung der Schweißung möglich ist.

Beim Setzen von Blindnieten wird das oben genannte Konzept mit einer neuen Blindniete verwendet. Die Blindniete weist einen rohrförmigen Körper und einen sich koaxial durch diesen erstreckenden Nietenzapfen auf. Der Zapfen ist an

209820/0S19

einem Ende mit einem Formteil versehen, der in den Ansatz des rohrförmigen Körpers hineingezogen wird, wenn die ITi ete gestaucht wird, und weist an dem anderen Ende Mittel zum Angreifen an dem Blindnietwerkzeug auf. Ein Teil des Zapfens hat einen Durchmesser, der größer als der Innendurchmesser des rohrförmigen Körpers ist, so daß sich ein Festsitz zwischen dem Zapfen und dem Rohrkörper ergibt, wenn der Zapfen in den Rohrkörper hineingezogen wird. Eine Spannungswelle mit den gleichen oben beschriebenen Eigenschaften wird an den Rohrkörper angelegt, der dadurch momentan plastisch wird. Gleichzeitig wird ein Zug auf den Zapfen ausgeübt, der ihn in das weichgemachte Metall des Rohrkörρers' hineinzieht. Der Formteil an dem Ende des Zapfens greift an dem Ansatz des Rohrkörpers an und bildet einen Blindkopf mit diesem, während er das Werkstück hintergreift. Wegen der jeweiligen Durchmesser.des Zapfens und des Innendurchmessers des Rohrkörpers wird ein Festsitz zwischen diesen . beiden Teilen und auch zwischen dem Rohrkörper und dem Fietloch erreicht.

Die erfindungsgemaße Vorrichtung (Fig. 1) weist im wesentlichen eine Leistungsquelle 8, einen Spannungswellengenerator 6, eine Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung 16 für die Spannungswelle und eine Einrichtung 20 zum Reflektieren der durch das Werkstück 18 geschickten Spannungswelle auf.

Die Leistungsquelle Ö weist eine Energiequelle und eine Sehaltereinrichtung 30 auf, die parallel zu einer Kondensatorbatterie 28 geschaltet sind, die ihrerseits durch eine Schaltereinrichtung 26 mit dem Spannungswellengenerator 6 verbunden ist. Der Generator 6 weist eine Flachspale und einen Treiber 14 auf, die Seite an Seite angeordnet sind. Der Treiber 14 kann entweder aus Aluminium oder aus gehärtetem

209820/0519

Kupfer sein. Die durch, den Treiber 14 erzeugte Spannungswelle setzt sich durch die Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung 16 und einen Kopf 24 und daher zu der Niete 18 fort. Der Kopf der Niete 18 ist in vollem Kontakt mit der gehärteten Fläche 22 der G-egenmasse 20 zur Reflexion der Spannungswelle, die durch das Werkstück 18 übertragen wird.

Im Betrieb wird die Kondensatorbatterie 28 durch die Energiequelle 32 aufgeladen, wenn der Schalter 30 geschlossen ist ο Nachdem die Kondensatorbatterie aufgeladen ist, wird der Schalter 30 geöffnet und die Schaltereinrichtung 26 geschlossen, so daß ein Stromimpuls hoher Amperezahl und kurzer Dauer durch die Flachspule 12 flie 13t, wobei die Dauer des Stromimpulses in der Größenordnung von Mikrosekunden liegt ο Sin Magnetfeld hoher Intensität wird um die Spule 12 herum aufgebaute Dieses Feld tritt in Wechselwirkung mit dem Treiber 14» der als sekundäre Wicklung mit einer Windung eines Transformators wirkt, wobei dadurch ein Strom induziert wird. Der durch den Treiber '14 fließende induzierte Strom baut ein Magnetfeld hoher Intensität um den Treiber 14 herum auf. Die elektromagnetische Abstoßung aufgrund der Wechselwirkung der beiden Magnetfelder hoher Intensität erzeugt eine Spannungswelle in dem Treiber 14, die durch den Verstärker 16 und den Kopf 24 und daher durch die Niete 18 geschickt wird. Die Kombinationswirkung der G-egenmasse 20 und des Durchtrittes der Spannungswelle durch die Niete 18 bewirkt, daß die Niete 18 axial und radial verformt wird, während gleichzeitig die Masse des Verstärkers 16 bewirkt, daß ein Kopf auf der Niete 18 an der gemeinsamen Verbindungsstelle mit dem Kopf 24 gebildet wird.

2098 2 0/0519

- ίο -

Die oben beschriebene Vorrichtung wurde mit Erfolg verwendet, um Nieten aus rostfreiem Stahl und Titannieten zu stauchen. Die Vorrichtung wurde ferner zum Punktschweißen zweier metallischer Werkstücke verwendet. Die Vorrichtung kann in einem Rahmen fest angeordnet werden, wobei das Werkstück zugeführt wird, oder sie kann als tragbare Einheit verwendet und von einem Benutzer gehalten werden. Der einzige bauliche Unterschied, der für die beiden Verwendungsarten benötigt, wird, besteht darin, daß bei der tragbaren Vorrichtung ein Bolzen in die Mitte des Hauptteiles des Verstärkers 16 eingeschraubt wird und sich durch die Rückstoßvorrichtung oder den Stoßdämpfer 10 erstreckt und eine Mutter aufweist, um die Bauteile eng beieinander zu halten. Wenn die Vorrichtung in einem Rahmen angeordnet verwendet wird, erstreckt sich ein Zapfen durch den Stoßdämpfer 10 und in den Verstärker 16, um die Bauteile zentriert zu halten»

In einem gezeigten Ausführungsbeispiel, bei dem die erfindungsgemäße Metallverformungsvorrichtung in einem Rahmen angeordnet und zum Setzen von Nieten verwendet wurde, wurden Nieten aus ITAS (National Aeronautical Standard) rostfreiem Stahl erfolgreich gestaucht. Die Kondensatorbatterie hatte eine geringe Impedanz und hatte eine Betriebsfrequenz von 20 IcHz, wenn die Spule angeschlossen und elektromagnetisch an den Treiber gekoppelt war» Ein hoher elektrischer Strom wurde der Spule durch die Kondensatorbatterie zugeführt. Die Spule wies 18 Windungen eines rechteckförmigen Kupferteiles mit Abmessungen von 12 mm χ 2 mm auf. Die Spule war in einem Polyurethan eingebettet, das eine genügende Elastizität aufwies, die einem G-ummiwerkstoff mit 6ü Einheiten beim Durometer-Test entsprach. Die Abmessungen vier Spule waren 3Ö mm Dicke χ 15 cm Durchmesser. Sie hatte eine

SAD 209820/0519

2139032

runde mittige Bohrung mit einem Durchmesser von 25 mm. Der Treiber bestand aus 6061-T4-Aluminium mit einer Dicke von 6,3 nun und einem Durchmesser von 15 cm. Er hatte eine runde mittige Bohrung mit einem Durchmesser von 25 mm. Das 6061 -T4-Aluminium wurde verwendet, da es eine gute Leitfähigkeit und genügend Festigkeit aufweist, um die im Betrieb erzeugten Kräfte auszuhalten· Die Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung bestand aus 434-O-gehärtetem Stahl und wies einen 12 mm dicken zylindrischen Hauptteil mit einem Durchmesser von 15 cm auf, der in einen kegelstumpfförmigen Konus von 15 cm länge und mit einer Vorderseite mit einem Durchmesser von 19 mm überging, an dem ein 12 mm langer zylindrischer Abschnitt befestigt war. An der Spitze der Fokussierungseinrichtung war ein Nietensetzer befestigt, der einen ersten zylindrischen Abschnitt von 6,3 mm länge und 3»2 mm Durchmesser aufwies, der in die Fokussierungseinrichtung eingesetzt war, wobei ein zweiter zylindrischer Abschnitt von 6,3 mm Länge und 12 mm Durchmesser freilag. Der Stoßdämpfer bestand aus mehreren Gummi scheiben, die an der Spule befestigt waren ο Ein Zentrierungszapfen mit einem Durchmesser von 25 mm war in die runden Bohrungen der verschiedenen Bauteile und in ein Loch mit 25 mm Durchmesser und 25 mm Tiefe in dem Hauptteil der Fokussierungseinrichtung eingesetzt. Die durch diese Vorrichtung gestauchten Nieten hatten eine Länge von 25 mm, und Durchmesser von 6,3 mm, 4,8 mm und 3,2 mm. Die Spannung, die zum Stauchen dieser verschieden großen Nieten benötigt wurde, war 7 kV, 5,2 kV bzw. 4 kV.

In einem anderen gezeigten Ausführungsbeispiel, das lediglich eine Abwandlung von dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel ist, wurde eine Metallverformungsvorrichtung als Handgerät statt 'in einem Rahmen zum ITietensetzen verwendet. Die einzigen Abwandlungen von dem oben

209820/0519

beschriebenen Ausführungsbeispiel bestanden in einer Änderung der Abmessungen der Bauteile„ Der Durchmesser der Spule wurde auf 11 cm reduziert, ebenso wie der Durchmesser des Treibers und des Unterteiles der Fokussierungseinrichtung. Alle anderen Abmessungen blieben gleich. Statt eines Zentrierungs zapf ens wurde ein G-ewinde zapfen in den Unterteil der Fokussierungseinrichtung eingesetzt und durch eine Mutter und eine Beilagscheibe an dem Ende des Stoßdämpfers befestigt.

Die Blindnietvorrichtung von Fig. 2, die ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist, besteht aus einer Leistunggq.uelle 34, einem Spannungswellengenera.-tor 36, einer Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung für die Spannungswelle, einer Blindnietanordnung 40 und Mitteln 42, um auf die BlindnietanOrdnung 40 in Verbindung mit der von dem Spannungswellengenerator 36 erzeugten Spannungswelle einen Druck auszuüben, um einen Blindkopf auf der Nietenanordnung zu bilden und das Werkstück zu hintergreifen»

Die Leistungsquelle 34 weist eine Energiequelle und einen Schalter 46 auf, der parallel zu einer Kondensatorbatterie 48 geschaltet ist, die ihrerseits über einen Schalter 50 mit dem Spannungswellengenerator 36 verbunden ist. Der Generator 36 weist eine Flachspule 52 und einen Treiber 54 auf, die Seite an Seite angeordnet sind. Der Treiber 54 kann entweder aus Aluminium oder gehärtetem Kupfer bestehen. Die in dem Treiber 54 erzeugte Spannungswelle läuft durch die Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung 3b¹ und wird auf den Rohrkörper 56 der HietenanOrdnung 40 übertragen.

BAD ORIGINAL 209820/0519

Die Blindnietanordnung 40 (Fig. 3) besteht im wesentlichen aus einem Rohrkörper 56 und einem Zapfen 58. Der Rohrkörper 56 hat einen Kopf 60 an einem Ende und eine mittige, ringförmige Öffnung 62, Der Kopf 60 kann jede herkömmliche Form haben und ist nicht auf die gezeigte Senkkopfform beschränkt. Der Rohrkörper 56 ist in dem Nietloch angeordnet, das in dem Werkstück vorgesehen ist, welches aus zwei übereinanderliegenden Metallplatten 64 und 66 besteht. Der Zapfen 58 erstreckt sich durch die Öffnung 62 und ist an einem Ende mit einem Formteil 68 und an dem anderen Ende mit einem gerippten Abschnitt 70 versehen. Der Durchmesser eines Teiles des Zapfens 58 ist größer als der Durchmesser der runden Öffnung 62, so daß, wenn der Formteil 68 in den Ansatz des Körpers 56 hineingezogen wird, ein Festsitz zwischen dem Zapfen 58 und dem Körper 56 und zwischen dem Körper 56 und der Wand des Metloches hergestellt wird. Wie dargestellt ist, verjüngt sich der Zapfen von dem Formteil 68 zu dem gerippten Abschnitt 70 hin. In einem anderen Ausführungsbeispiel kann der Zapfen 58 statt sich zu verjüngen gerade mit einem Stufenabschnitt sein, dessen Durchmesser größer als der Durchmesser der runden Öffnung 62 ist. Ob der Zapfen 58 sich verjüngt oder gerade ist, es wird jedenfalls ein Festsit ζ hergestellt, wenn er durch die Blindnietvorrichtung in den Rohrkörper 56 hineingezogen wird ο

Die Einrichtung 42 zum Druckbeaufschlagen der ITi et an Ordnung 40 zum Setzen der niete und zum Hintergreifen des Werkstückes weist im wesentlichen eine Stange 72, Mittel 74 auf der Stange zum Angreifen an dem Zapfen 58 und Mittel zum Druckbeaufschlagen der Stange 72 auf, um die Iiiete zu setzen.

2 0.9 8 20/OB 19 BAC _OmiNAL

-H-

Die Stange 72 ist gleitbar in der nietvorrichtung angeordnet und erstreckt sich mittig durch die Spule 52, den Treiber 54 und teilweise durch die Fokus3ierungseinrichtung 38„ Das Ende der Stange 72 liegt nahe an den Vorderende 76 der Fokussierungseinrichtung 38 und weist LiLttel 74 zum Angreifen an dem Zapfen 58 auf, der sich durch eine Öffnung in dem Vorderende 76 erstreckt. Die Llittel 74 bestehen aus einer Feder 78 und Greifbacken 80 zum Erfassen des gerippten Abschnittes 70 des Zapfens 58. Eine Feder 82 ist vorgesehen, um die Stange 72 in ihrer vorderen Lage zu halten, während ein Begrenzungsanschlag 84 die Rückwärtsbewegung der Stange 72 begrenzt.

Die Mittel zur Druckbeaufschlagung der Stange 72 zum Setzen der Niete weisen einen Treiber 86 auf, der mit der Stange 72 verbunden ist und neben der Spule 52 auf der Seite gegenüber dem Treiber 54 angeordnet ist. Der Treiber kann ebenfalls entweder aus Aluminium oder gehärtetem iZapfer wie der Treiber 54 bestehen. Eine Kasse 88, die Stahl sein kann, ist hinter dem Treiber 86 angeordnet und ebenfalls mit der Stange 72 verbunden, um einen Ausgleich für den Schub des Nietensetzers in Rückwärtsrichtung zu schaffen. Ein schaumförmiger Füllstoff 89 ist vorgesehen, um eine Rückwärtsbewegung der Stange 72, des Treibers 86 und der Ilasse im Betrieb zu ermöglichen. Es kann auch ein leerer Raum vorgesehen seino

Im Betrieb wird die Kondensatorbatterie 48 durch die Energiequelle 44 geladen, wenn der Schalter 46 geschlossen ist ο Nachdem die Kondensatorbatterie geladen ist, wird der Schalter 46 geöffnet und der Schalter 50 geschlossen, so daß ein Stromimpuls mit hoher Amperezahl und kurzer Dauer durch die Flachspule 52 fließt, wobei die Dauer de3 Stromimpulses in der Größenordnung von MikroSekunden liegt. Ein

209820/0519

Kagnetfeld hoher Intensität wird um die Spule 52 herum aufgebaut ο Dieses Feld schneidet den Treiber 54, der als Seicandärwiellung mit einer Windung eines Transformators wirkt, so daß ein Strom darin induziert wird. Der durch den Treiber 54 fließende induzierte Strom baut ein Magnetfeld hoher Intensität um den Treiber 54 herum auf. Die elektromagnetische Abstoßung, die durch die Wechselwirkung eier beiden Ilagnetf eider hoher Intensität erzeugt wird, erzeugt eine Spannungswelle in dem Treiber 54, die durch den Verstärker 38 in den Hohrkörper 56 der Blindnietanordnung weitergegeben wird. Der Durchtritt der Spannungswelle durch den Hohrkörper 56 bewirkt, daß dieser momentan plastisch und leicht verformbar wird. Gleichzeitig mit der elektromagnetischen Abstoßung zwischen dem Treiber 54 und der Spule 52 tritt eine zweite elektromagnetische Abstoßung zwischen dem Treiber 86 und der Spule 52 auf„ Ein Strom wird in dem Treiber 86 durch das Magnetfeld hoher Intensität der Spule 52 induziert. Der induzierte Strom baut ein Magnetfeld hoher Intensität um den Treiber b6 herum auf, das sodann durch das Feld um die Spule 52 abgestoßen wird« Diese Abstoßung wird über die Stange 72 auf den Zapfen 58 übertragen unu bewirkt, daß der Formteil 68 in Richtung auf den Rohrkörper 56 gezogen wird, so daß der Rohrkörper 56 zwischen dem Formteil 68 und dem Vorderende 76 des Verstärkers 38 gequetscht wird. Da diese Quetschung erfolgt, wenn der Hohrkörper 56 in einem plastischen Zustand ist, wird ein Blindkopf 92 an den Ansatz des Hohrkörpers 56 gebildet und das 'werkstück hinter griff en (Fig. 4) . Da ferner der Durchmesser des Zapfens 58 größer als dor Durchmesser der runden Öffnung 62 ist, wird ein Festsitz zwischen dem Zapfen 5υ und den Wänden der Öffnung 62 und zwischen dem Rohrkörper ^ljo und den Wänden des ITietenloches in dem Werkstück hergestellte

209820/0519

Beim Entwerfen eines Prototyps des Nietensetzers war es notwendig, eine Fokussierungseinrichtung oder Verstärker zu entwerfen, um die Energie des Druckimpulses, der durch die elektromagnetische Spule erzeugt wird, zu konzentrieren und genügend wirksam auf das Werkstück zu richten, um die Meten aus rostfreiem Stahl oder die Titannieten mit Erfolg zu stauchen.

Die Analyse für diese Vorrichtung wurde unter Verwendung der Momentengleichung, der Kontinuitätsgleichung und der Spannungs-Dehnungs-Gleichung vorgenommen, die bei der Berechnung des Portschreitens eines Spannungswellenimpulses in einem festen Stab in einer axialen Richtung benützt werden α

Es wird im folgenden ein Element einer Fokussierungs- oder Verstärkereinrichtung betrachtet, wobei:

dx = anfängliche Dicke des Elementes;

d χ dx = Enddicke des Elementes, die gleich — . dx

ο ^xo ist

A = Querschnittsfläche des Elementes s = Spannung in Richtung der Bewegung E= Dehnung in Richtung der Bewegung χ = Abstand von dem linken Ende der Vorrichtung.

Durch Definition ist die Dehnung gleich der Enddicke minus der anfänglichen Dicke dividiert durch die anfängliche Dicke oder

dx - dx J

Durch partielle Differentiation der Gleichung (1) nach der Zeit ergibt sich:

209820/0519

wolaei u = die Teilchengeschwindigkeit ist«

Da s = S . <S gil"t> kann die Gleichumg (2) umge sehrieben werdens

_% b ^Έ S ^xo

wobei E = Young Modul der Elastizität ist.

Aus dem ersten Kewtonschen Gesetz ergibt sichj

wobei /7 die Dichte des Materiales ist·

Die Massenkontinuitätsgleichung kann wie folgt geschrieben werdeni

und für A=A
ο

1 X

_o dx_o = /7 dx _=/7 -ρς dx_o oder

^xo

209820/0519

Durch Ersetzen von dx in Gleichung (4) ergibt si chi

yi ^ ^x ^U (J (AS) f ί) X N _ Ο (As)

~πς ^β dt - _a χ \ _dxj _d x_o

Durch Substitution der Gleichung (5) ergibt sich:

^a -

u C^ s s

Zwei Formen wurden für die Fokussierungsvorrich tung in Erwägung gezogen:

a) eine exponentiale Form, die durch die Formel A = A_Qe -^nxo (7)

gegeben ist und

b) eine konische Form, die durch die Formelt

gegeben ist, wobei

A = Fläche des größeren oder linken Endes der Fokussierungsvorrichtung;

209820/0519

η = eine zu "bestimmende Eonstante; R = der Radius des größeren Endes der Fokussie-

rungsvorrichtung;

x = Länge der Fokussierungsvorrichtung; und K = Tangente des Winkels, der zwischen der Kante

des Konus und der Basis des Konus gebildet

wird.

Aus experimentellen Ergebnissen ist folgende Gleichung bekannt:

I -» (9)

wobei m eine Konstante ist„

Durch Kombination der Gleichungen (6), (3)ι (7) und (9) kann folgende Gleichung für die exponentiell geformte Pokussierungsvorrichtung abgeleitet werden:

(το)

Ii U » ü 1 JT /

wobei c =| ——- die Schallgeschwindigkeit in dem

Material;

s = Spannung an dem größeren Ende der Pokussierungsvorrichtung, die direkt mit der Energieeingabe an diesem Punkt in Beziehung steht;

s = Spannung an dem kleineren Ende der Pokussierungsvorrichtung;

A = Querschnittsfläche an dem kleineren Ende der Fokussierungseinrichtung; und

209820/0B19

t. = Zeit, die notwendig ist, damit die Teilchengeschwindigkeit ihr Maximum erreichte

Durch Kombination der Gleichungen (6), (3), (8) und (9) kann die folgende Gleichung für die konisch geformte Pokussierungseinrichtung abgeleitet werden:

Es wird nun der Fall betrachtet, daß:

c = 5,8 χ 1Ck cm/sec
t_A = 2 χ 10 see

^ -11.8

x =11 c
E = 1,89.

x =11 cm; und

Unter Verwendung der Gleichung (10) ergibt sich

eine Vervielfachung der Spannung von (—) = 4,1.

^so

Unter Verwendung der Gleichung (11) ergibt sich

s_ s

* eine Vervielfachung der Spannung von (·§—) =17»

Aus Messungen wurde ermittelt, daß der an der elektromagnetischen Spule erzeugte Druck zwischen etwa kg/cm und 630 kg/cm variierte. Daher wurde ein Mittelwert von 490 kg/cm verwendet.

Unter Verwendung des Konus wurde die Spannung an

ρ ρ

der ITiete theoretisch mit 17 x 490 kg/cm oder 8.350 kg/cin ermittelt. Das Material der ITiete hatte eine Streckgrenze

209820/0519

(yield strength.) von 6.300 kg/cm . Damit wurde errechnet, daß die theoretische Spannung ausreichend ist, die von der Fokussierungseinrichtung an der Biete erzeugt wird. In nachfolgenden Tests wurden Bieten aus rostfreiem Stahl mit einem Durchmesser von 6,2 mm und einer lange von 9,5 mm erfolgreich gestaucht»

Durch Hochgeschwindigkeitsphotographie wurde herausgefunden, daß die iDeilchengeschwindigkeit an dem kleinen Ende der IPokussi erungseinrichtung etwa 1„630 cm/sec "betrüge Bei Kenntnis dieser Geschwindigkeit und unter Verwendung der Momentengleiehung kann die Spannung an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung berechnet werden:

^ cu

wobei ρ = 8,3 g/cm

■ ΐ-

Ο = 5,8 χ 10 cm/sec

u = 1.630 cm/sec
g = 9 j 66 m/sec
so daß s = 7o050 kg/cm ist«,

Diese errechnete Spannung läßt sich gut mit der theoretischen Spannung von 8.350 kg/cm vergleichen.

209820/0519

Claims

Patentansprüche

1./Verfahren zum Verformen metallischer Y/erkstücke, dadurch gekennzeichnet, daß eine.Spannungswelle erzeugt wird, daß die Spannungswelle an das Metallwerkstück angelegt wird, daß die Intensität und Dauer-der Spannungswelle gesteuert wird, um das Metallwerkstück zeitweilig plastisch zu machen, und daß der resultierende Fluß des metallischen Werkstückes gesteuert wird, um die gewünschte Form des Werkstückes zu erreichen»

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung einer Spannungswelle durch die elektromagnetische Abstoßung erfolgt, die durch die Wechselwirkung eines ersten Magnetfeldes, das von einer durch eine Kondensatorbatterie erregten Spule erzeugt wird, und eines zweiten Magnetfeldes um einen Treiber aus geeignetem leitfähigem Material herum, der neben der Spule liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Werkstück eine Iliete ist.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld um den Treiber durch das Magnetfeld induziert wird, das von der Spule erzeugt wird.

5ο Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstoßkräfte, die im Betrieb auftreten, absorbiert werden.

6β Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zur Verwendung beim Setzen einer Blindniete mit einem Bohrkörper mit einem Kopf, der sich durch das ITietloch des zu nietenden Werkstückes erstreckt, einem Zapfen, der sich

209820/0 519

2139032

durch den Rohrkörper erstreckt, wobei der Durchmesser eines Teiles des Zapfens größer als der Innendurchmesser des Rohrkörpers ist und der Zapfen einen Formteil hat, der in einen rückseitigen Teil des Rohrkörpers hineingezogen wird, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, daß die Spannungswelle an den Kopf des Rohrkörpers der Blindniete angelegt wird, daß die Intensität und Dauer der Spannungswelle gesteuert wird, um den Rohrkörper zeitweilig plastisch zu machen, und daß ein Druck auf den Zapfen in Gegenrichtung zu und gleichzeitig mit der Beaufschlagung der Spannungswelle auf den Rohrkörper angelegt wird, um den Formteil in den Rohrkörper zu ziehen, wobei ein Festsitz zwischen dem Zapfen und dem Rohrkörper und zwischen dem Rohrkörper und den Wänden des Hietloches gebildet und ein Blindkopf auf dem rückwärtigen Teil des Rohrkörpers zum Hintergreifen des Werkstückes geformt wird.

7ο Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Erzeugung einer Spannungswelle durch die elektromagnetische Abstoßung erfolgt, die durch die Wechselwirkung eines ersten Magnetfeldes, das von einer durch eine Kondensatorbatterie erregten Spule erzeugt wird, und einem zweiten Magnetfeld um einen Treiber aus geeignetem leitfähigem Material herum, der neben der Spule liegt. - ^ft.

8. Verfahren nach Anspruch 7» dadurch gekennzeichnet, daß zur Druckbeaufschlagung des Zapfens ein Druck durch die elektromagnetische Abstoßung des ersten, durch die Spule erzeugten Magnetfeldes und eines dritten Magnetfeldes aufgebaut wird, das einen Treiber aus geeignetem leitfähigem Material neben der Spule umgibt, und daß der Druck an den

209820/0519

2133092

Zapfen angelegt wird, um den Formteil in den Rohrlcörper hineinzuziehen, wobei ein Festsitz zwischen dem Zapfen und dem Rohrlcörper und zwischen dem Rohrkörper und den Wänden des Nietloches erzeugt und ein Blindkopf auf dem rückwärtigen Teil des Rohrkörpers zum Hintergreifen des Werkstückes ausgebildet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das zweite Magnetfeld und das dritte Magnetfeld in den entsprechenden Treibern durch das durch die Spule erzeugte Magnetfeld induziert werden.

10. Verfahren, insbesondere nach Anspruch 1, zum Punktschweißen zweier metallischer Werkstücke aus ähnlichen Materialien, die miteinander in Kontakt stehen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannungswelle erzeugt wird, daß die Spannungswelle an eines der Werkstücke angelegt wird, und daß die Intensität und Dauer der Spannungswelle gesteuert wird, wobei die Energiedichte an der Grenzfläche der Werkstücke genügend hoch ist, um die zum Zusammenschweißen der beiden Werkstücke notwendige Wärme zu erzeugen.

11 ο Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß eine Gegenmasse vorgesehen wird, wodurch die metallischen Werkstücke zwischen der Gegenmasse und der Spannungswellen-Beaufschlagungseinrichtung gehalten werden.

12β Werkzeug zum Verformen metallischer Werkstücke, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, wobei die Energiedichte in dem Werkstück derart erhöht wird, daß das Metall momentan plastisch wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (12, 14; 52, 54) zur Erzeugung einer Spannungswelle, eine Fokussierungseinrichtung (16, 38), durch die die Spannungswelle verläuft und auf das Metallwerkstück

209820/0519

gerichtet wird, und durch eine Einrichtung (24) zum Steuern der gewünschten Form des Metallwerkstückes, wenn es durch den Durchtritt der Spannungswelle momentan plastisch ist.

13o Werkzeug nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Erzeugen einer Spannungswelle eine elektromagnetische Spule (12, 52), eine Energiespei eher einrichtung (28, 48), die durch die Spule unter Erzeugung eines Impulses begrenzter Dauer entladbar ist, einen m^.t der Spule gekoppelten Treiber (14, 54) und. eine Einrichtung zum Aufbauen eines elektromagnetischen Feldes um den Treiber (14, 54) aufweist, wobei eine Spannungswelle durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen der Spule (12, 52) und dem Treiber (14, 54) erzeugt wirdo

14· Werkzeug nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Aufbauen eines elektromagnetischen Feldes in dem Treiber (14, 54) eine elektromagnetische Kopplung des Treibers (14, 54) an die Spule (12, 52) ist.

15o Werkzeug nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung (16, 38) eine konisch geformte, an den Treiber (14, 54) gekoppelte Masse (16, 38) ist, und daß die verschiedenen Bauteile des Werkzeuges gemäß folgender Formel miteinander in Beziehung stehen:

3 R0^K / ^AO Λ .Ό .K

s_ j et, \ A /3 ot_A ⁺ A

wobei s = Spannung, die an das Metallwerkstück an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung abgegeben wird; s = Spannung, die an dem großen Ende der Fokussierungseinrichtung

209820/0519

durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen der Spule Und dem Treiber erzeugt wird; R = Radius an dem großen Ende der Fokussierungseinrichtung; K = Tangente des Winkels, der zwischen der Kante des Konus und der Basis des Konus gebildet wird; C = Schallgeschwindigkeit in dem Material; t_Ä = Zeit, die benötigt wird, damit die Teilchengeschwindigkeit ihr Maximum erreichen kann; A = Querschnittsfläche des großen Endes der Fokussierungseinrichtung, d. h° der Basis des Konus; A = Querschnittsfläche- an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung; χ = Länge der Fokussierungseinri chtung.

16. Werkzeug nach Anspruch 14f dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung eine exponentiell geformte, an den Treiber gekoppelte Masse ist, und daß die verschiedenen Bauteile des Werkzeuges durch folgende Formel miteinander in Beziehung stehen*

wobei s = Spannung, die an das Werkstück an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung abgegeben wird; s = Spannung, die an dem großen Ende der Fokussierungseinri chtung durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen der Spule und dem Treiber erzeugt wird; G =* Schallgeschwindigkeit in dem Material; ^a= Zeit, die benötigt wird, damit die Teilchengeschwindigkeit ihr Maximum erreicht; A_Q = Querschnittsfläche des großen Endes der Fokussierungseinrichtung; A = Quersehnittsfläche des kleinen Endes der Fokussierungseinrichtung; η = Zahl, die in dem Exponenten der Gleichung auftritt und die die Form der Fokussierungseinrichtung bestimmt, d. h· A =

—nx
Ae o, wobei X die Länge der Fokussierungseinrichtung

209820/0519

-ZJ-

17· Werkzeug nach Anspruch 15, dadurch, gekennzeichnet, daß eine Rückst ölvorrichtung (10) vorgesehen ist.

18. Werkzeug nach Anspruch 17» dadurch gekennzeichnet, daß die Energiespeichereinrichtung eine Kondensatorbatterie (28, 48) ist, die elektrisch über die Spule (12, 52) entladbar ist.

19· Werkzeug zum Setzen von Blindnieten, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 6, wobei die Blindniete einen Rohrkörper mit einem Kopf, der sich durch das Xietloch des zu nietenden Werkstückes erstreckt, einen durch den Hohrkörper verlaufenden Zapfen, wobei der Durchmesser eines Teiles des Zapfens größer als der Innendurchmesser des Bohrkörpers ist und der Zapfen einen !Formteil aufweist, der in den rückwärtigen Teil des Rohrkörpers hineingezogen wird, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (48, 52, 54) zur Erzeugung einer Spannungswelle, eine Pokussierungseinriehtung (38), durch die die Spannungswelle verläuft und auf den Kopf des Rohrkörpers (56) der Blindniete gerichtet wird, und durch eine Einrichtung (72, 88) zur Druckbeaufschlagung des Zapfens (58) in entgegengesetzter Richtung zu und gleichzeitig mit der Beaufschlagung der Spannungswelle auf den Rohrkörper (56), um den !Formteil in den Rohrkörper zu ziehen, wobei ein Festsitz zwischen dem Zapfen (58) und dem Rohrkörper (56) und zwischen dem Rohrkörper (56) und den Wänden des Ixetloehes gebildet und ein Blindkopf an dem rückwärtigen Teil des Rohrkörpers (56) zum Hintergreifen des Werkstückes geformt wird.

20. Werkzeug nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Erzeugung einer Spannungswelle eine elektromagnetische Spule (52), eine Energiespeicher einrichtung (48), die durch die Spule zur Erzeugung

209820/0519

eines Impulses begrenzter Dauer entladbar ist, einen ersten, an die Spule gekoppelten Treiber (54) und Mittel aufweist, um ein elektromagnetisches Feld um den ersten Treiber (54) aufzubauen, wobei eine Spannungswelle durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen der Spule (52) und dem Treiber (54) erzeugt wird.

21. Werkzeug nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Zapfens (58) einen zweiten an die Spule (52) gekoppelten Treiber (86, 88), Ilittel zum Aufbauen eines elektromagnetischen Feldes um den zweiten Treiber, um einen Druck aufgrund der elektromagnetischen Abstoßung zwischen dem elektromagnetischen Feld und der Spule zu erzeugen, und eine Einrichtung (72) aufweist, um den Druck an den Zapfen (58) an dem dem Formteil gegenüberliegenden Ende anzulegen, um den Formteil in den Rohrkörper (56) hineinzuziehen, wobei ein Festsitz zwischen dem Zapfen und dem Rohrkörper und den Wänden des Hletloches gebildet und ein Blindkopf an dem hinteren Abschnitt des Rohrkörpers (56) zum Hintergreifen des Werkstückes geformt wird.

22 ο Werkzeug nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Aufbauen der elektromagnetischen Felder in dem ersten Treiber (54) und dem zweiten Treiber (86) eine elektromagnetische Kopplung der Treiber mit der Spule ist.

23. Werkzeug nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Druckbeaufschlagung des Zapfens (58) eine Stange (72), die mit dem zweiten Treiber (86) verbunden ist und sich mittig durch das Y/erkzeug erstreckt, und Einrichtungen (80) an der Stange (72) aufweist j um an dem Ende des Zapfens gegenüber von dem Formteil anzugreifen.

201820/0519

24. Werkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung eine konisch geformte, an den ersten Treiber (54) gekoppelte Masse ist, und daß die verschiedenen Bauteile des Werkzeuges durch die folgende Formel miteinander in Beziehung stehen:

R K ,Ά_ \ χ

s_o 3 e t_A ^r ■ J - 3 c t_A - A

wobei s = Spannung, die an das Metallwerkstück an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung abgegeben wird; s = Spannung, die an dem großen Ende der Fokussierungseinrichtung durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen der Spule und dem Treiber erzeugt wird; R = Radius an dem großen Ende der Fokussierungseinrichtung; K = Tangente des Winkels zwischen der Kante des Konus und der Basis des Konus; C = Schallgeschwindigkeit in dem Material; t. = Zeit, die benötigt wird, damit die Teilchengeschwindigkeit ihr Maximum erreicht; A = Querschnittsfläche ,des großen Endes der Fokussierungseinrichtung, d. h. der Basis des Konus; A = Querschnittsfläche an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung; χ = Länge der Fokussierungseinrichtung.

25. Werkzeug nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Fokussierungseinrichtung eine exponentiell geformte, an den ersten Treiber (54) gekoppelte Masse aufweist, und daß die verschiedenen Bauteile des Werkzeuges durch folgende Gleichung miteinander in Beziehung stehenι

s _ 1

s c t, n
ο Α

wobei s = Spannung, die auf das Werkzeug an dem kleinen Ende der Fokussierungseinrichtung abgegeben wird; s = Spannung, die an dem großen Ende der Fokussierungseinrichtung

209820/0519

durch die elektromagnetische Abstoßung zwischen der Spule und dem Treiber erzeugt wird; C = Schallgeschwindigkeit in dem Material; t. = Zeit, die notwendig ist, damit die Teilchengeschwindigkeit ihr Maximum erreicht; A = Querschnittsfläche des großen Endes der Fokussierungseinrichtang; A = Querschnittsfläche an dem kleineren Ende der Fokussierungseinrichtung; η = Zahl, die in dem Exponenten der Gleichung auftritt, die die Form der Fokussierungseinrichtung bestimmt,

d. h. A = A <
ο

richtung ist,

-d.h,A=Ae o, wobei X die Länge der Fokussierungsein-

26. Blindnietanordnung, inabesondere geformt nach dem Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Rohrkörper (56), einen Kopf (70) an dem Rohrkörper (56), einen Zapfen (58), der sich koaxial durch den Rohrkörper (56) erstreckt, einen Formteil (68) an dem Zapfen (58), der in den hinteren Teil des Rohrkörpers zur Bildung eines Blindkopfes auf dem hinteren Teil und zum Hintergreifen des Werkstückes hineingezogen wird, Mittel an dem Zapfen (58), die mit einer Stauchvorrichtung zusammenwirken, um einen Festsitz zwischen dem Zapfen (58) und der Innenwand des Rohrkörpers (56) zu erzeugen, wenn der Zapfen (58) in den Rohrkörper (56) durch die Stauehvorriehtung hineingezogen wird, und durch Mittel (70) auf dem Zapfen (58) zum Eingriff mit der Stauchvorrichtungο

27· Anordnung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel auf dem Zapfen (58) zum Erzeugen eines Festsitzes zwischen dem Zapfen und der Innenwand des Rohrkörpers, wenn der Zapfen durch die Stauchvorrichtung angezogen wird, einen Teil des Zapfens aufweisen, dessen Durchmesser größer als der Innendurchmesser des Rohrkörpers ist.

209820/0 519

2δ. Anordnung nach. Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß .;ie Einrichtung auf dem Zapfen (58) zum Eingriff mit der Stauchvorrichtung einen gerippten Abschnitt (70) auf dem Zapfenende gegenüber dem Formteil (68) aufweist.

29. „ηOrdnung nach Anspruch 27» dadurch gekennzeichnet, daß ;;or Zapfen (58) sich von einem Durehmesser an uen Fcrmtei. (68), der größer als der Innendurchmesser des Rohr.iörper-o ist, auf einen Durchmesser, der kleiner als der Innendurchmesser des Rohrkörpers ist, verjüngte

30. Anordnung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß der Zapfen (58) auf einem Abschnitt seiner Länge bei dem formteil (68) einen Durchmesser hat, der größer als der Innendurchmesser des Rohrkörpers ist, und daß der Durchmesser des restlichen Teiles des Zapfens (58) kleiner als der Innendurchmesser des Rohrkörpers ist.

209820/0519

Leerseite