CN104946861B - 用于导电式加热金属板坯的加热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于导电式加热金属板坯的加热装置，在用于导电式加热具有变化横截面积的金属板坯(1)的加热装置(23)中，所述金属板坯(1)是电路(16)的直接组成部分，所述加热装置的特征在于，设置有能导电的补偿元件(8)，该补偿元件安放到所述金属板坯(1)的表面上，其中，所述金属板坯(1)的横截面积与所述补偿元件(8)的横截面积相加得出导电横截面积(17)。

Description

用于导电式加热金属板坯的加热装置
技术领域
本发明涉及一种用于导电式加热(konduktiven传导式加热)金属板坯的加热装置。
背景技术
由现有技术已知由金属板坯成形机动车构件、特别是机动车外部构件或者然而还有机动车结构构件。
对此，正是在汽车工业领域实施热成形和加压淬火，用于由可淬硬的钢合金制造高强度的或者甚至极高强度的构件。
为了实施热成形和加压淬火，首先将金属板坯至少局部加热到奥氏体化温度以上并且然后在该状态下对其变形加工并且通过在压制工具或下游的冷却装置中快速冷却来淬火。这个过程也作为加压淬火已知。
加热到奥氏体化温度以上如同意味着加热到时常超过900℃，从而必需增大的能量输入。这意味着高的生产费用并且基于损耗的能量就如同意味着相应的环境负担。
作为加热方法，导电式加热由现有技术建立，其中，借助通过要加热的板坯传导的电流，基于电阻而在板坯的内部产生热。这样的方法例如由DE 102 12 819 B4已知。在这里，在金属板坯的对置的端部上安放有电极，从而金属板坯是一电路的组成部分。由此，通过以电流加载便在金属板坯中产生热输入。为了不加热或仅在小的程度内加热金属板坯的有针对性的区域，此外规定：相应地将导电固体安装到板坯上，从而产生电流的漏流。电流在导电固体的区域中部分分配到所述固体上并且由此不是以全部电流密度流动通过金属板坯本身，而是也部分流动通过固体。
发明内容
本发明的任务在于，由现有技术出发阐明一种用于金属板坯的加热方案，利用该加热方案借助导电式加热能实现经济合理地有针对性地、特别是均匀地加热金属板坯。
按照本发明的用于导电式加热具有变化横截面的金属板坯的加热装置，其中，所述金属板坯是电路的直接组成部分，按照本发明所述加热装置的特征在于，设置有能导电的补偿体或者说补偿元件，该补偿体或者说补偿元件安放到金属板坯的表面上，其中，所述金属板坯的横截面积与所述补偿体的横截面积相加得出导电横截面积。
由此按照本发明，至少在表面上、优选完全在表面上放置由能导电的材料制成的补偿元件，从而金属板坯的彼此不同的横截面在与其相关联的不同的加热方面由于电流密度的集中有针对性地受影响。由此，在本发明的范围内可能的是，个别局部地、优选均匀地加热具有彼此不同的壁厚度的金属板坯或者然而备选地还有具有恒定的壁厚度但彼此不同的宽度的金属板坯。在此，彼此不同的宽度可以受金属板坯的相应横截面中的彼此不同的绝对宽度影响，也可以受金属板坯内部的空隙部、开口或穿透部影响。如果有一部分记入到与相应相邻的横截面相比更小的壁厚度和/或更小的宽度中，则在这里在金属板坯没有补偿元件的情况下，更大的电流密度导致更强的加热。在这里，补偿元件本身由补偿元件本身的较大的横截面积规定对金属板坯的较小的横截面积的补偿，从而通过有针对性地选择整个得出的电流流过横截面积，有针对性地调节金属板坯的加热在所述区域中实现。在此，电流通流横截面积相应地由金属板坯的横截面积以及补偿元件的横截面积相加得出。因此，由此得出起作用的或者说有效的导电横截面积。由此，补偿元件导电地处于金属板坯上，该补偿元件特别是由钢材料构成。关于导电式加热，在本发明的范围内应理解为在金属板坯中基于电流流动的一种电阻加热。
优选导电横截面积是恒定的，从而得到在整个金属板坯上的均匀加热。在此，漏磁损耗亦或基于补偿元件与较小横截面积的金属板坯相比横截面积较大之故而造成的少许偏差在本发明的范围内是可忽略的。
另一个本发明主要的优点在于，在补偿元件与相应的电极接触时，特别是在补偿元件上用于电极的接触区域或接收区域构造有大质量或者构造得相对厚。因此，在该区域中得出小的电流密度，从而在补偿元件上仅导致少的加热。因此，特别是恰好即使在以相应的按照本发明的补偿元件加热的负荷率很高时，在电极的接头的区域中也不需要单独的冷却。
按照本发明的加热装置特别是可集成到用于制造热成形的和加压淬火的亦或调质处理的金属板材构件、优选钢板构件的生产线中，其中，加热可在最短的时间内、特别是在生产周期内实施。为此，优选所述加热装置固定在工业机器人上，从而该加热装置可用作操纵器或运输装置。为此，特别是使用加热装置，以便接收一堆亦或一条带的金属板坯并且将其运输到另一个处理装置、特别是热成形压力机，在运输期间同时进行加热。
在本发明的范围内，作为其他积极的效果得出：补偿元件时常具有与金属板坯相比普遍更大的质量，该质量块同样变热。于是，补偿元件将包括的热能至少部分通过热传导释放到金属板坯上，由此降低用于纯导电式电阻加热的生产成本。由此，通过在生产期间有针对性地选择热的补偿元件的横截面积、即选择补偿元件，便可调节在热传导和基于流过金属板坯本身的电流而实施的导电加热之间的最佳状态。
此外，特别优选地补偿元件整面地安放在金属板坯的表面上。为了改善整面的安放，特别是补偿元件的接触面朝金属板坯凹形地构造。金属板坯则具有向内朝补偿元件的拱形部。由此，金属板坯朝接触面贴近。
此外备选地或者补充地，特别优选在补偿元件上施加相应的挤压力，从而在补偿元件和板坯之间得出的贴靠面中，间隙减少到零并且由此给出几乎完全的贴靠接触。此外，特别优选补偿元件是压制工具或调温台的部分，将板坯置入到调温台中并且然后对其施加相应的挤压力。
为了此外强化整面的贴靠，在本发明的范围内规定：在补偿元件中存在负压通道，从而在以负压加载负压通道时利用抽吸效应将金属板坯吸到补偿元件上。
补充地或者备选地可能的是，所述补偿元件具有机械的抓具，例如作为钳部，所述抓具握持金属板坯的边缘侧。
此外，为了将金属板坯在完成运输和/或加热之后取下或推开，优选设置有推压器或压力推杆，所述推压器或压力推杆将金属板坯逆着保持力在存放位置处推开。
此外，优选在本发明的范围内，为了导入电流规定：金属板坯在各对置的端部上可与电极接触，其中，要么仅接触金属板坯，要么备选地也分别至少部分地通过对置的电极接触金属板坯以及补偿元件。通过恰好按百分比的分配的相应选择，可能的是，电流密度在与金属板坯和补偿元件的导入点上这样有针对性地分配，使得在金属板坯的端部区域中也能实现有针对性地影响导电式加热。优选所述补偿元件设置有电极，从而电流由补偿元件继续传输到板坯上。
此外，特别优选所述补偿元件由抗氧化的钢材料构成或者具有抗氧化的涂层，从而在运行调温装置期间不生成氧化皮。于是，优选调温装置的接触面与金属板坯导电地接触。所述补偿元件例如也可以至少部分地由碳或半导体材料构成。
补偿元件的横截面积可以通过补偿元件的高度或宽度的有针对性的变化来调节。此外，特别优选地设置有两个补偿元件，从而金属板坯的上侧或者然而还有下侧、即金属板坯的两个主表面由各一个补偿元件接触。于是，(在该情况下的两个补偿元件的)横截面积与金属板坯的横截面积相加地又构成导电横截面积，该导电横截面积在本发明的范围内完全特别优选是恒定的，以便实现对金属板坯的均匀加热。
此外，特别优选在补偿元件的与金属板坯对置的那侧上设置有载荷分配板，该载荷分配板一方面稳定补偿元件，另一方面在夹装期间有针对性地影响、特别是均匀化施加到金属板坯上的力。在这里载荷分配板也可以又与相应的补偿元件以及必要时可选地设置在其中间的绝缘层一起设置到调温台或压机中，从而均匀的贴靠压力或挤压力占优势并且由此建立导电性能。
此外，特别优选在使用两个补偿元件的情况中，所述两个补偿元件的相应的对置的横截面积可以是彼此不同的。也因此又可能有针对性地调节要实现的加热。
附图说明
本发明的其他优点、特征、特性和观点是以下说明书的主题。优选的实施变型方案在附图中描述。这些附图有助于简单地理解本发明。图中：
图1a和b以俯视图和纵剖视图示出要加热的板坯，
图2a和b以俯视图和纵剖视图示出与图1a和b中已知的板坯相匹配的补偿元件，
图3示出作为导电式加热装置的图1中的板坯以及图2中的补偿元件，
图4a至c以俯视图、纵剖视图和横剖视图示出用于B柱的补偿元件，
图5a和b示出彼此不同地加热的B柱以及配属于此的补偿元件，
图6a和b以纵剖视图和横剖视图示出按照本发明的补偿元件以及机械夹具，
图7示出两个设置在对置侧上的补偿元件，
图8示出按照本发明的具有对置的绝缘板的补偿元件，
图9示出两个彼此不同大小的补偿元件，
图10示出用于加热具有彼此不同的壁厚度的金属板坯的按照本发明的补偿元件，以及
图11示出机器人臂上的用于集成到热成形线中的按照本发明的调温装置。
具体实施方式
在附图中，相同的附图标记用于相同的或类似的构件，即使出于简化原因取消反复说明。
图1示出要加热的金属板坯1的俯视图以及纵剖视图。为此，金属板坯1具有两个表面2、3，上侧的表面2以及下侧的表面3。
此外，金属板坯1在其整个长度5上具有均匀的壁厚度4。然而，金属板坯1具有彼此不同的宽度6，从而在一侧上的宽度6.1明显小于在对置侧上的宽度6.2，其中，又在空隙部7的区域中，得出与其不同的由宽度6.31和6.32组成的宽度6.3。于是，相应壁厚度4与相应的宽度6相乘得出板坯在相应的纵向区段上的横截面积。横截面积在这里基于彼此不同的宽度6和/或空隙部7而变化。
为了补偿金属板坯1的由不同的宽度6以及空隙部7得出的彼此不同的横截面积，现在按照图2a和b配备补偿元件8，该补偿元件按照图2a的俯视图基本上相应于金属板坯1的外部尺寸。所述补偿元件同样具有长度9，该长度基本上相应于金属板坯1的长度5。在这里附加地设置有电流导入面10，从而为了导电式加热可将电流导入到补偿元件8中并且在与金属板坯1贴靠电接触时也导入到金属板坯1中。此外，补偿元件8也具有空隙部11，与金属板坯1的该区域中的空隙部7相对应。此外，在补偿元件8中设置有负压通道12，以便在以加载负压时将金属板坯1向补偿元件8的接触面13上吸引。现在，本发明的主要部分通过图2b良好地可见。据此，补偿元件8的壁厚度4或深度14在彼此不同的部位14.1、14.2、14.3上这样选择，使得图1中示出的板坯的彼此不同的宽度6被补偿。由此，通过补偿元件8的彼此不同的深度14与补偿元件8的彼此不同的宽度15相结合(图2a中示出)，而得出补偿元件8在一纵向区段上的相应不同的横截面积。于是，用于与电流源耦联的电极32可以连接到电流导入面10上。
由此按照本发明，在根据图3通过补偿元件8闭合接通的电路16中得出相应恒定的导电横截面积17(通过箭头标明)，所述导电横截面积由金属板坯1的相应的横截面积以及补偿元件8的横截面积组成，所述横截面积又由宽度和壁厚度或者说深度组成。此外，加载到负压通道12上的负压18用于将金属板坯1吸到补偿元件8上，以便实现电的、特别是整面的接触。
在图4a和c中示出补偿元件8，在图4c中的横剖视图A-A的边缘区域19中具有增加的深度14，以便正好在要加热的板坯的该边缘区域19中以示出的B柱为例通过板坯中的较少的电流实现较弱的区域并且与其相联系地实现较小的加热。此外，示出界限20，在该界限上调节补偿元件8的横截面积中的有针对性的三角部21(Delta)，以便按照图5a在界限20的区域中在所示用于制造B柱的金属板坯1上调节特别是彼此不同的强度区域。由此，在三角部21的区域中记入补偿元件8的更大的横截面积，从而在金属板坯1的下部区域22中发生较小的加热，基于补偿元件8的较大的横截面积并且与其相联系地在该区域中金属板坯1中具有较小的电流密度。未详细示出的是按照图4c增加的边缘区域19，所述边缘区域同样在按照图5a的金属板坯1上调节彼此不同的强度。
此外，在图6a和b中示出一种按照本发明的加热装置23的实施变型方案，该加热装置具有补偿元件8以及处于该补偿元件后面的载荷分配板24，同时插入了绝缘板27，其中，补偿元件8通过载荷分配板24设置在未详细示出的工业机器人的抓臂25上。由此，金属板坯1又与负压通道12相关地受到吸引，并且此外，通过设置在外侧的钳部26位置固定，从而便在金属板坯1的表面2以及补偿元件8的接触面13之间构成贴靠接触。附加地，绝缘板27设置在载荷分配板24和补偿元件8之间，该绝缘板阻止由补偿元件8到载荷分配板24上的散热。此外，在补偿元件8的端部上示出电流导入面10，该电流导入面与用于加载电流的电极32耦联。
此外，在图7中示出具有两个补偿元件8的实施变型方案，这两个补偿元件镜像对称地构造并且从两个表面2、3与金属板坯1接触。由此，金属板坯1的要通过补偿元件8补偿的横截面积在图面上所示上面和下面由分别设置的一个补偿元件8得以补偿。于是在该构造方案中，补偿元件8均相应地以电流加载，然而备选地，未详细示出地也可以相应仅一个补偿元件8以电流加载。
图8示出具有处于下面的绝缘板27的备选的构造变型方案。在这里，补偿元件8可以向绝缘板27的方向压紧金属板坯1并且由此又改善了整面的贴靠接触。在这里，载荷分配板24也又设置在补偿元件8的后面，但也设置在绝缘板27的后面。
图9示出按照本发明的加热装置23的另一实施变型方案，其中，在这里也又设置两个补偿元件8，其中，各补偿元件8具有彼此不同的横截面积。这例如可以如在这里示出的那样用于具有补丁28的金属板坯的调温或者然而也用于具有彼此不同的壁厚度4的未详细示出的金属板坯1。特别是相应的补丁28固定到金属板坯1上，例如通过粘接或者然而焊接过程或者粘接或者还有相应的上釉。
这在图10中详细示出。示出具有沿纵向方向彼此不同的壁厚度4的金属板坯1，该金属板坯在该变型方案中由上补偿元件8以及下补偿元件8所夹持。在此，上补偿元件具有负压通道12，从而例如可以利用上补偿元件8夹装金属板坯1并且然后可以放置到下补偿元件8中，其中，于是相应地进行调温处理。金属板坯1本身在其长度5上具有彼此不同的壁厚度4。所有先前提到的实施变型方案和特别是在图10中示出的实施变型方案则也可以整合到调温台、压制工具或者固定工具中。为此，于是特别是在图面上所示上半部并且在这里特别是上补偿元件8被提升用于置入板坯并且然后下降，以便以相应的挤压力、特别是均匀分布的挤压力安放到板坯上。在此，载荷分配板24可以是调温台的上部工具和/或下部工具或者压制工具或者固定工具的部分，其中，按照图6至10的抓臂25在所述情况下省去。
按照本发明的加热装置23的一种可能的应用领域在图11中示出。在这里示出一个工业机器人29，该工业机器人借助按照本发明的补偿元件8夹装金属板坯1，其中，同样示出相应的钳部26，这些钳部在夹装的状态下作为对负压通道12的附加补充来固定金属板坯1。然而，负压通道12或还有钳部26也可单独使用。这样加热的金属板坯1然后被运送到热成形装置30中，在该热成形装置中金属板坯可以热成形并且也可以可选择地加压淬火或者可以备选地运送到随后的加压淬火装置31或组合的剪切装置中。
附图标记列表
1- 金属板坯
2- 1的上侧表面
3- 1的下侧表面
4- 壁厚度
5- 1的长度
6- 宽度
6.1- 宽度
6.2- 宽度
6.3- 宽度
6.31- 宽度
6.32- 宽度
7- 空隙部
8- 补偿元件
9- 8的长度
10- 电流导入面
11- 8的空隙部
12- 负压通道
13- 接触面
14- 8的深度
14.1- 8的深度
14.2- 8的深度
14.3- 8的深度
15- 8的宽度
15.1- 8的宽度
15.2- 8的宽度
15.3- 8的宽度
16- 电路
17- 导电横截面积
17.1- 导电横截面积
17.2- 导电横截面积
17.3- 导电横截面积
18- 负压
19- 8的边缘区域
20- 界限
21- 三角部
22- 下部区域
23- 加热装置
24- 载荷分配板
25- 抓臂
26- 钳部
27- 绝缘板
28- 补丁
29- 工业机器人
30- 热成形装置
31- 加压淬火装置
32- 电极

Claims (10)

1.用于导电式加热具有变化横截面积的金属板坯(1)的加热装置(23)，其中，所述金属板坯(1)是一电路(16)的直接组成部分，其特征在于，设置有能导电的补偿元件(8)，该补偿元件安放到所述金属板坯(1)的表面上，所述金属板坯(1)是可均匀加热的，其中，所述金属板坯(1)的横截面积与所述补偿元件(8)的横截面积相加得出恒定的导电横截面积(17)，所述补偿元件(8)各对置端部均与电流导入面(10)接触，所述补偿元件(8)固定在工业机器人(29)上并且能用作所述金属板坯(1)的操纵器。
2.根据权利要求1所述的加热装置，其特征在于，具有均匀的壁厚度(4)的金属板坯(1)是可加热的或者具有彼此不同的壁厚度(4)的金属板坯(1)是可加热的。
3.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述金属板坯(1)具有空隙部(7)和/或孔。
4.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，设置有两个补偿元件(8)，所述补偿元件安放在所述金属板坯(1)的两个表面(2、3)上。
5.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述补偿元件(8)在朝所述金属板坯(1)的接触面(13)上凹形地成形。
6.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，在所述补偿元件(8)中设置有负压通道(12)，从而通过以负压(18)加载来吸引所述金属板坯(1)。
7.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述金属板坯(1)能在各对置的端部上与一个电流导入面(10)接触，或者金属板坯(1)和补偿元件(8)均能在对置的端部上分别同时地与一个电流导入面(10)接触，或者其中一个端部与所述金属板坯(1)接触并且对置的那一端部与所述补偿元件(8)接触。
8.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述补偿元件(8)由抗氧化的材料构成，或者所述补偿元件(8)的朝所述金属板坯的接触面(13)是抗氧化地涂层的。
9.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述金属板坯(1)能以局部彼此不同的温度加热，其中，为此所述金属板坯(1)的横截面积与所述补偿元件(8)的横截面积相加得出在所述金属板坯的长度上彼此不同的导电横截面积(17)。
10.根据权利要求1或2所述的加热装置，其特征在于，所述加热装置构造为压制工具或固定工具或调温台，其中，相应地所述金属板坯(1)可置入到所述加热装置中并且所述补偿元件(8)能利用挤压力压到所述金属板坯(1)上。
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