Metallverformung durch Kurzpulsmagnetfelder

Theorie

Was sind die physikalischen Grundlagen des Verfahrens?

Entlädt sich eine große Kondensatorbank über eine Spule, so wird die in den Kondensatoren gespeicherte Energie in die Spule übertragen. Es bildet sich ein Schwingkreis, dessen Stromverlauf in der Umgebung der Spule ein zeitlich veränderliches Magnetfeld erzeugt.

Wird nun auf eine Flachspule (schneckenartig gewickelte Spule in Form einer archimedischen Spirale) ein elektrisch gut leitfähiges Metallblech (z.B. Aluminium oder Kupfer) platziert, so werden in dem Werkstück Wirbelströme induziert, die dem Spulenstrom entgegen- gerichtet sind.

 

 

Wegen des sog. „Skineffekts“ reduziert sich die Eindring-tiefe des elektromagnetischen Wechselfeldes je nach Frequenz f0 jedoch auf die Werkstückwand des zu bearbeitenden Metallblechs.

Dieser Effekt hat zur Folge, dass das Magnetfeld auf den Volumenraum V zwischen Spule und Blech beschränkt wird und einen sog. magnetischen Druck zwischen Werkstückwand und Spule hervorruft. Da der wirksame Druck der magnetischen Energiedichte im Volumenraum V entspricht, gilt:

Dieser wirksame Druck p entspricht in Abhängigkeit von der Blechfläche A einer Kraft (F=pA), die auf das Blech wirkt. Nach dem 3. Newtonschen Gesetz wirkt diese Kraft in entgegen gesetzter Richtung auch auf die Spule (FBlech = -FSpule) Aufgrund des Impulserhaltungssatzes ergeben sich zwei betragsgleiche Kraftstöße in entgegen gesetzte Richtungen. Da die Spule zusammen mit ihrer Unterlage eine sehr hohe Masse besitzt wird nur das Metallblech aufgrund seiner geringen Masse beschleunigt.

Wird dass Metallblech jedoch während seiner Abstoßungsbewegung durch entsprechende Fügepartner blockiert, so kann es in verschiedenartigste Gebilde verformt bzw. gestanzt werden (siehe "Verformung von Kreisblechen";" Stanzen von Metallblechen").
Nach demselben physikalischen Prinzip können rohrartige Metallgebilde auch berührungslos verformt werden, was anhand des "Elektromagnetischen Dosenzerquetschers" demonstriert wird.