DE102009058232A1 - Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung Download PDF

Info

Publication number
DE102009058232A1
DE102009058232A1 DE102009058232A DE102009058232A DE102009058232A1 DE 102009058232 A1 DE102009058232 A1 DE 102009058232A1 DE 102009058232 A DE102009058232 A DE 102009058232A DE 102009058232 A DE102009058232 A DE 102009058232A DE 102009058232 A1 DE102009058232 A1 DE 102009058232A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
induction coil
electrically conductive
electromagnetic field
stabilizing
current
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102009058232A
Other languages
English (en)
Inventor
Karel Prof. Dr. Mazac
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to DE102009058232A priority Critical patent/DE102009058232A1/de
Publication of DE102009058232A1 publication Critical patent/DE102009058232A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D11/00Process control or regulation for heat treatments
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/06Surface hardening
    • C21D1/09Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation
    • C21D1/10Surface hardening by direct application of electrical or wave energy; by particle radiation by electric induction
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34Methods of heating
    • C21D1/42Induction heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/46Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for sheet metals
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B6/00Heating by electric, magnetic or electromagnetic fields
    • H05B6/02Induction heating
    • H05B6/06Control, e.g. of temperature, of power
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/25Process efficiency

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • General Induction Heating (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Stabilisierung der Formgebung oder zur Erhöhung der Festigkeit (Materialeinzugsverfahren) an einer elektrisch leitenden, flächigen oder längsgezogenen Struktur (4). Die Erfindung sieht vor, dass mechanisch ausgerichtete oder neu geformte Struktur (4) zur Erhöhrung der Festigkeit örtlicher oder linienförmiger Gefügeumwandlung unterzogen wird. Sie wird einem derartigen elektromagnetischen Feld ausgesetzt, dass die Struktur (4) örtlich oder linienförmig erhitzt, dadurch ggf. ausgerichtet und unmittelbar danach abgekühlt wird. Die Abkühlung kann auf natürliche Weise oder forciert erfolgen.

Description

  • Stand der Technik
  • Bei flächigen elektrisch leitfähigen Strukturen handelt es sich beispielsweise um Karosserien von Kraftfahrzeugen, die überwiegend aus Stahlblech gefertigt werden.
  • In Reparaturwerkstätten werden für Beseitigung der in der Karosseriestruktur vorhandenen Beschädigungen, welche durch Unfallbeschädigungen oder Umwelteinwirkungen entstanden sind, oft rein mechanische Vorgänge, wie Ausbeulen, Ausdrücken, Ziehen usw. anwendet. Verwendet werden dabei Druck- Schlag- und Ziehvorrichtungen, insbesondere stiftartige Kunststoff- oder Metallelemente, wobei die beschädigten Stellen von innen nach außen gedrückt werden und die fehlerhaften Stellen werden durch einfache Dehnung glatt gestellt. Bei äußeren Anwendungen werden sie durch Einklebung nach Aushärtung des Klebstoffs mittels einer zangenartigen Vorrichtung oder mittels einer Schlagvorrichtung in die gewünschte Lage mechanisch zurückgezogen. Auch hier handelt es sich lediglich um Dehnung des Materials, so dass der Vorgang u. U. mehrmals wiederholt werden muss. Außerdem muss die Klebeverbindung zwischen dem Karosserieblech bzw. der Lackschicht und den stiftartigen Kunststoff- oder Metallelemente wieder gelöst werden. Nachteilig bei dieser Vorgehensweise ist daher der relativ hohe Zeitaufwand, da die Klebstoffreste nach der Reparatur beseitigt werden müssen sowie die Kosten für das Verfahren, da insbesondere die Klebstoffe relativ teuer sind. Der entscheidende Nachteil dieser Methoden liegt darin, dass durch den „kalten” und langsamen „Ausbeulvorgang” lediglich eine Dehnung zustande kommt, so dass sich durch nachträgliche Erwärmung z. B. in der Trockenkabine bei Lackierarbeiten aber auch nur durch Sonneneinstrahlung die Beschädigungen mindestens teilweise zurückbilden können. Bei einem weiteren bekannten Verfahren werden stiftartige Metallelemente an tiefsten Stelle angeschweißt und das Blech durch mechanische Kraftanwendung in die gewünschte Position zurückgezogen. Hier handelt es sich nicht mehr um eine einfache Dehnung, da durch den Anschweißvorgang eine Gefügeveränderung erreicht wird, der Werkstoff wird an dieser Stelle durch die Wärmeeinwirkung verfestigt. Durch den Schweißvorgang wird jedoch die Lackierung der Karosserie im Reparaturbereich beschädigt und das Verfahren ist wegen des notwendigen Entfernens des Stifts und der erforderlichen Nachlackierung sehr zeitaufwendig.
  • Es ist inzwischen auch eine Reparaturmethode nach DE 10 2007 062 537 A1 bekannt, bei derer Anwendung diese Rückbildungen nicht stattfinden können. Der Grund dafür liegt in gleichzeitiger Anwendung bzw. zeitlicher Kombination der Erwärmung mit Anziehungskraft bzw. mit repulsiver Kraft. Diese Vorgehensweise hat Gefügeveränderungen zur Folge, die durch das schnelle und ortsgebundene Verfahren zwangsläufig auftreten. Der Effekt entsteht eben nicht durch die Erwärmung alleine sondern, da ortsgebunden, durch die schnelle Abkühlung. Je schneller der Vorgang erfolgt, desto „stabiler” ist das Ergebnis. Beim Überziehen der optimalen Lage wird dieses Effekt durch das nachfolgende Zurückklopfen noch weiter verstärkt. Das Material wird härter („verdichtet”), so dass bei korrekter Anwendung dieser Methode die entstandenen Gefügeveränderungen den Rückfall in den Ausgangszustand vollständig verhindern.
  • Ähnliche Möglichkeiten bieten sich auch direkt in der Produktion an. Auf hier lassen sich bestimmte Bereiche der Gesamtkonstruktion nachträglich, d. h. nach dem Zusammenbau, sekundenschnell linien- oder punktförmig vergüten. Möglicherweise würde man in vielen Fällen kostspielige Kombinationen verschiedener Blechstärken und/oder Werkstoffqualitäten vermeiden können. Anderseits könnte bestimmte Bereiche, dünner ausfallen, was z. B. den Sichtwinkel vergrößern würde.
  • Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu entwickeln, die die Festigkeit der tiefgezogenen metallischen Strukturen sowohl nach Reparaturen als auch in Fertigung örtlich oder linienförmig richtungsabhängig erhöhen. Da sich diese Effekte schon bei relativ niedrigen Temperaturen bemerkbar machen, kann diese Technik auch an lackierten Flächen angewendet werden, ohne dass die Lackierung beschädigt wird. Z. B. wird die oben beschriebene Rückbildung der Verformungen unter einer späteren Wärmeeinwirkung damit vollständig verhindert. Es entsteht eine glatte thermisch stabile Oberfläche.
  • Das Verfahren soll außerdem schnell und kostengünstig ausfallen.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die Merkmale der Ansprüche 1 und - gelöst.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Nachdem die Oberfläche in einem Reparaturfall durch mechanische Methoden so weit wie möglich glatt gestellt wurde, wird diese an der reparierten Stelle schnell erwärmt und abgekühlt bzw. abgeschreckt, was eine Gefügeumwandlung zur Folge hat.
  • Ebenso können während der Produktion bestimmte Stellen, Flächen, Säulen punktuell oder linienförmig diesem Verfahren unterzogen werden. Diese Vorgehensweise kann zu Erhöhung der Sicherheit oder zu Kosten- und Gewichtseinsparungen führen. Es können z. B. absichtlich ein oder mehrere Knick_Punkte für einen Crash_Test auf diese Weise „vorprogrammiert” werden.
  • Die Art der Erwärmung ist prinzipiell beliebig – von Flamme bis zu Laser –, jedoch ist ein bestimmtes Verfahren allen anderen vorzuziehen. Die Erfindung schlägt ein induktives Verfahren vor. Nur dieses Verfahren macht es möglich, eine schnelle und zeitgleiche Erwärmung – punktuell oder linienförmig – der dazu vorbereiteten Stellen an einer quasi glatten Oberfläche, z. B. an einer Autokaroserie, zu erreichen.
  • Unter dem Begriff „Linie” oder „linienförmig” ist eine gerade, wellenförmige, an beliebig vielen Punkten unterbrochene Strecke mit einer Breite von wenigen Millimetern bis einigen Zentimetern und einer Länge von einigen Millimeter bis über ein Meter zu verstehen.
  • Der weitere Vorteil der elektromagnetischen Induktion liegt darin, dass sich die spezifische Energiemenge und damit auch der Erwärmungsgrad der behandelten Bereiche relativ einfach steuern lassen. Auch die spezifische Erwärmungsrate bezogen auf Flächen oder Linien ist bei diesem Verfahren unvergleichbar höher als die, die bei allen Konkurrenzverfahren erreichbar ist. Die für das Verfahren notwendige Temperatur lässt sich innerhalb von einigen Hundert Millisekunden erreichen. Die notwendigen geometrischen Größen Breite/Länge/Verlauf der Vergütungsstrecke sind durch entsprechende Anpassung der Induktorform erreichbar. Auch in der Effizienz der Energieübertragung besitzt das Verfahren große Vorteile gegenüber allen anderen Varianten.
  • An bereits lackierten Oberflächen, wo keine Lackschädigung auftreten darf, dürfen die Temperaturen auch nur kurzzeitig max. 160°C nicht überschreiten. Ist dagegen eine Nachlackierung von vornherein klar und notwendig, können materialabhängig auch wesentlich höhere Temperaturen und/oder noch kürzere Prozesszeiten angewendet werden.
  • Handelt es sich um punktuelle Erwärmungsvorgänge, ist eine nachfolgende Abkühlung durch Pressluft oder Wasser nicht immer notwendig. Der Wärmeabzug durch die an dieser Stelle angrenzenden Materialmengen reicht in der Regel für eine ausreichend hohe Abkühlgeschwindigkeit aus. Bei größeren Flächen, bei denen wesentlich mehr Energie übertragen werden muss, empfiehlt sich dagegen, nach einem möglichst schnellen Erwärmungsvorgang eine intensive Zwangskühlung anzuwenden und zwar von der Flächenmitte nach außen hin. Ist die zu bearbeitende Fläche so groß, dass die notwendige Zeitfolge Erwärmung/Abkühlung nicht eingehalten werden kann, empfiehlt sich eine mehrmalige über die ganze Fläche verteilte ortsgebundene Erwärmung mit nachfolgender schneller Abkühlung. Erfahrungsgemäß ist durch diesen Vorgang die behandelte Struktur ausreichend stabilisiert.
  • Die Wärme wird angewendet, weil die Beschädigung dadurch entstanden ist, dass die metallische Struktur in diesem Bereich zuvor kaltverformt wurde. Damit wurde das Material örtlich durch Kaltverformung verfestigt, an anderen Stellen aber lediglich gedehnt. Durch die rein mechanische Bearbeitung ändert sich an diesen Zuständen vorerst gar nichts. In den gedehnten Bereichen entsteht ein Materialüberschuss, der bei einer späteren großflächigen Erwärmung einen partiellen Rückfall in den ursprünglichen Zustand verursacht.
  • Durch die Kaltumformung entstehen Eigenspannungen in der Struktur, welche durch Anwendung der Wärme, ähnlich wie beim Spannungsarmglühen von Metallen, beseitigt werden. Die durch das elektromagnetische Wechselfeld in dem elektrischen Leiter im Bereich der Beschädigung erzeugte Wärme verursacht daher einerseits eine Reduktion der durch die Kaltverformung erzeugten inneren Spannungen, gleichzeitig aber auch eine Materialausdehnung in der Ebene der Struktur. Zusätzlich sorgt die auf das Material wirkende elektromagnetische Kraft dann dafür, dass die durch die Wärme und die dadurch verursachte Ausdehnung über den glatten Zustand hinaus erfolgt. Nach der Ausschaltung des magnetischen Feldes wird keine Wärme mehr erzeugt und die dadurch oder durch zusätzliche Kühlmittel hervor gerufene schnelle Abkühlung der Struktur sorgt für die an dieser Stelle notwendige Verfestigung und die Rückverformung in den glatten Zustand.
  • In Reparaturfällen ist es vom Vorteil, wenn die hierzu notwendige Zeit verkürzt oder niedrigere angewendet werden kann. In solchen Fällen ist es möglich vor und/oder während der Arbeiten die induktive Wärme einzusetzen. Einerseits werden die inneren Spannungen, die durch die Kaltverformung entstanden sind, beseitigt, anderseits wird die reparierte Stelle nicht nur weicher sondern die durch die Erwärmung verursachte Materialdehnung erleichtert die Arbeiten.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat weiterhin den Vorteil, dass es nach der rein mechanischen Vorarbeit ohne jegliche weitere mechanische Krafteinwirkung und ohne Beschädigung der Oberfläche der Struktur wirkt. Die Wirkung besteht darin, dass nach schneller örtlicher Erwärmung eine schnelle Abkühlung bzw. Abschreckung der besagten Stelle erfolgt. Eine besonders zu bevorzugende Anwendung des Verfahrens besteht daher im Ausbeulen von Fahrzeugkarosserien die durch äußere Einwirkungen verformt wurden. Solche Karosserien sind üblicherweise lackiert und der Lack bei Anwendung des Verfahrens nicht beschädigt werden darf. Nicht zuletzt ist das Verfahren schnell durchführbar, da es keinerlei Montageschritte erfordert und lediglich durch Erzeugen eines elektromagnetischen Felds im Bereich der Verformung durchgeführt wird.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit einer einzigen induktiven Quelle und einer einzigen Induktionsspule durchgeführt werden, wobei während der Anwendung des Verfahrens das elektromagnetische Feld applikationsabhängig verändert bzw. gesteuert wird, beispielsweise sprunghaft und/oder rampenhaft. Die im Bereich der Verformung eingebrachte Wärmemenge ist von der Frequenz und der Feldstärke des elektromagnetischen Felds abhängig. Beide bestimmen die Erwärmungsrate, d. h. den zeitlichen Erwärmungsverlauf. Für die Frequenzauswahl ist die werkstoffabhängige Eindringtiefe des elektromagnetischen Felds in die Oberfläche und die Strukturdicke. Viel zu niedrige Frequenz verursacht hohe Systemverluste und senkt die Effektivität der Energieübertragung, übermäßig hohe Frequenz erwärmt stark lediglich die Oberfläche aber ein schnelles gleichzeitiges Durchwärmen verhindert wird. Bevorzugt wird das Verfahren für dünnwandige ferromagnetische Strukturen verwendet.
  • In Anwendung des Verfahrens bedeutet dies, dass für eine möglichst große Bandbreite der Anwendung des Verfahrens wenigstens einen elektrischen mittelfrequenten Generator und wenigstens eine Induktorspule bzw. einen Magnetfelderzeuger, wobei der Generator derart ausgebildet ist, dass insbesondere die Stärke und/oder die Frequenz des die Induktionsspule durchfließenden Stromes steuerbar ist.
  • Die Frequenz und/oder die Stromstärke des die Induktionsspule durchfließenden Stroms wird applikationsabhängig variiert. Die notwendigen Parameter werden durch die Bedienperson am elektrischen Generator eingestellt oder aus der sich in der Gerätesteuerung befindlichen Datenbank ausgewählt. Ansteuerung von einer übergeordneten Steuerung ist ebenso möglich.
  • Das Verfahren kann beispielsweise durch eine geeignete Start-/Stoppeinrichtung am elektrischen Generator oder an der Induktionsspule gestartet und auch gestoppt werden. Das Verfahren wird dann solange durchgeführt, so lange ein von der Bedienperson an der Start-/Stoppeinrichtung ausgelöstes externes Signal an einer Steuereinrichtung des elektrischen Generators ansteht. Die Rückkopplung ist in diesem Fall visuell. Um durch Unaufmerksamkeit der Bedienperson verursachten Schäden vorzubeugen, kann in der Steuereinrichtung des elektrischen Generators eine maximale Anwendungsdauer für das Verfahren vorgegeben werden. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Verfahren automatisch unterbrochen, unabhängig davon, dass das externe Startsignal noch ansteht. Für Fortsetzung des Verfahrens muss dann das externe Signal nochmals eingegeben bzw. ausgelöst werden. Das Verfahren kann aber auch geregelt ablaufen, wobei hier als Führungsgröße vorzugsweise die am Bauteil erreichte Temperatur verwendet wird.
  • Der Status des elektrischen Generators, beispielsweise EIN bzw. AUS wird der Bedienperson bevorzugt kontinuierlich signalisiert. Das Signal kann beispielsweise durch eine LED und/oder einen Summer optisch und/oder akustisch angezeigt werden. Die Einspeisung des Signalerzeugers an der Induktionsspule erfolgt beispielsweise durch in einer Sonderwicklung induzierten Spannung. Alternativ kann die Einspeisung auch durch den Generator erfolgen. Die Einstellung der beiden elektrischen Größen Stromstärke und Frequenz des die Induktionsspule durchfließenden Stroms erfolgt bevorzugt unabhängig und getrennt voneinander.
  • Die Stromstärke durch die Induktionsspule wird bevorzugt über eine PWM (Pulsweitenmodulation) eingestellt bzw. eingeregelt. Diese ist direkt abhängig von der Ausführung der Induktionsspule und kann im Bereich zwischen einem und einigen hundert Ampere liegen.
  • Die Induktionsspule kann mit einem Feldformer bzw. Feldverstärker versehen sein, beispielsweise in Form eines Spulenkerns. Dieser kann in Abhängigkeit vom gewählten Frequenzbereich für den Strom aus magnetisch leitenden aber aus elektrisch nicht leitendem Werkstoff (Sinterwerkstoff, pulververpresster Werkstoff) für höhere Frequenzen, aus Nanokristalline, oder amorphem Werkstoff für den mittleren Frequenzbereich oder aus Transformatorblech (kalt oder warm gewalzt) für niedrige Frequenzen bestehen.
  • Die optimalen anwendungsrelevanten Frequenzen liegen je nach Werkstoff und Strukturdicke im Bereich zwischen 4 kHz und 25 kHz. Niedrigere und/oder höhere Frequenzen sind zwar nicht ausgeschlossen, bringen aber die oben beschriebenen Nachteile mit sich. Bei niedrigeren Frequenzen sinkt die Übertragungseffizienz, bei höheren Frequenzen ist entweder die Induktorgröße begrenzt oder es entstehen Probleme mit Einstellbarkeit und Sicherheit – höhere Frequenzen benötigen eine höhere Spannung.
  • Weitere besondere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind die Einfachheit und die Flexibilität. Für die Anwendung sind keine besonderen Vorkenntnisse notwendig, jeder kann den Umgang mit diesem Verfahren innerhalb von wenigen Stunden erlernen. Es ist keine Vormontage notwendig, das komplette System wiegt nur wenige Kilogramm, die Zuleitung umfasst mit ihrer Länge ein ganzes Fahrzeug. Die Energieübertragung ist farbenunabhängig, kann sowohl auf trockenen als auch auf nassen Oberflächen oder auch unter widrigen Umgebungsbedingungen (Regen, Schnee, niedrige Temperaturen, etc.) eingesetzt werden.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt:
  • 1 eine schematische Querschnittsdarstellung Darstellung einer durch Unfall verformten Struktur;
  • 2 eine schematische Querschnittsdarstellung der Struktur von 1 in einem mechanisch ausgerichteten Zustand;
  • 3 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Erwärmungsvorrichtung-Ausführungsform Einzelpunkt;
  • 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Erwärmungsvorrichtung-Ausführungsform Mehrpunkt;
  • 5 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Erwärmungsvorgangs-Ausführungsform gerade Linie;
  • 6 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Erwärmungsvorgangs-Ausführungsform gerade Linie;
  • 7 eine schematische Darstellung einer mehrmals unterbrochenen Wellenlinie;
  • Ausführungsbeispiele
  • In 1 ist eine durch äußere Krafteinwirkung beschädigte Struktur (4) gezeigt. Die Ränder (1) der Beschädigung wurden kaltverformt, wodurch hier eine Verfestigung entstanden ist. Innerhalb (2) und außerhalb (3) der Ränder wurde das Material gedehnt.
  • 2 zeigt eine mechanisch ausgerichtete Struktur (4), wobei sich am Zustand der Bereiche (1), (2) und (3) vorerst nichts geändert hat. Wird in diesem Zustand die Struktur (4) langsam erwärmt, fallen insbesondere die inneren Bereiche (2) wieder ein.
  • In 3 wird die bevorzugte Vorrichtung zur Verfestigung einer glatten Struktur gezeigt. Sie weist wenigstens eine Induktionsspule (5) und einen elektrischen Generator (6) auf, zur Erzeugung eines auf die Struktur (4) zumindest punktuell wirkenden elektromagnetischen Wechselfelds. Die Struktur (4) besteht vorzugsweise aus einem ferromagnetischen Metallblech, insbesondere einer Stahlblechkarosserie eines Kraftfahrzeugs.
  • In 4 ist eine Mehrpunktbehandlung schematisch dargestellt, wobei die einzelnen Induktionsspulen (5) an der Struktur (4) zweckmäßig verteilt sind und können zeitgleich oder zeitlich versetzt erwärmt und abgeschreckt werden.
  • 5 zeigt eine gerade linienförmige Anwendung der Erfindung, die z. B. an Motorhaube, Dach oder A_Säule durchgeführt werden kann. Bei konkaven oder konvexen Strukturen kann diese Linie aus mehreren nacheinander gesetzten Abschnitten gebildet werden.
  • 6 zeigt einen möglichen geometrischen Verlauf der Gefügeumwandlung
  • 7 eine wellenförmige mehrmals unterbrochen zweckbezogene Anwendung der Erfindung. Auch hier kann die notwendige Kurvenform aus mehreren Abschnitten zusammen gesetzt werden.
  • Der elektrische Generator (6) generiert bevorzugt eine mittelfrequente Wechselspannung zur Erzeugung mittelfrequenter Ströme in der Induktionsspule (5). Er kann beispielsweise an das Stromnetz angeschlossen, aber auch batteriebetrieben arbeiten.
  • Der physikalische Hintergrund des Verfahrens, welches mit der Vorrichtung ausgeführt wird, basiert darauf, dass die metallische Struktur (4) von dem elektromagnetischen Feld derart durchsetzt wird, dass die Struktur (4) im Bereich der Induktionsspule schnell bzw. schlagartig erwärmt wird. Durch nachfolgende schnelle Abkühlung wird das Gefüge umgewandelt und dadurch verfestigt.
  • Das Verfahren kann bei ferromagnetischen wie auch bei nicht- ferromagnetischen Strukturen (4) (paramagnetische, diamagnetische Werkstoffe) angewendet werden. Wesentlich ist, dass der Werkstoff (4) elektrisch leitfähig ist, damit durch magnetische Induktion dort ein Strom und damit Wärme erzeugt werden kann und dass eine Gefügeumwandlung bei der zulässigen Temperatur möglich ist. Bevorzugt wird das Verfahren an Karosseriestrukturen (4) aus Stahl oder aus Aluminium angewendet, es ist jedoch nicht auf diese Anwendungen beschränkt und kann bei jeglichen elektrisch leitenden Strukturen (4) durchgeführt werden.
  • Bevorzugt ist am elektrischen Generator (6) und/oder an der Induktionsspule (5) eine Start-/Stoppeinrichtung (7) vorgesehen, welche zumindest durch ein externes Startsignal durch die Bedienperson steuerbar ist. Zunächst wird eine Stirnfläche (8) der Induktionsspule (5), an welcher die Feldlinien des elektromagnetischen Felds austreten, auf der Struktur (4) direkt oder über einen kleinen Spalt positioniert. Zum Start des Verfahrens wird dann das Startsignal, beispielsweise über einen Startknopf (8) der Start-/Stoppeinrichtung (7) eingegeben, woraufhin der elektrische Generator (6) einen Strom in die Induktionsspule (5) einspeist, welcher in der über die Stirnfläche (8) magnetisch kurz geschlossenen Struktur (4) ein elektromagnetisches Feld erzeugt. Durch eine Anzeigeeinrichtung (9) üblicherweise direkt am Generator wird dann das Anliegen des externen Startsignals, d. h. der Zustand des durch die Bedienperson gedrückten Startknopfs (8) durch akustische und/oder optische Signale anzeigt.
  • Als Prozessgrößen werden bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wenigstens die Stromstärke und/oder die Frequenz des die Induktionsspule (5) durchfließenden Stroms und/oder die Anwendungsdauer des Verfahrens eingestellt. Die Einstellung der beiden elektrischen Größen Stromstärke und Frequenz des die Induktionsspule (5) durchfließenden Stroms erfolgt bevorzugt unabhängig und getrennt voneinander.
  • Um durch Unaufmerksamkeit der Bedienperson verursachten Schäden vorzubeugen, kann in einer hier nicht separat gezeigten Steuereinrichtung des elektrischen Generators (6) eine maximale Anwendungsdauer für das Verfahren vorgegeben werden. Nach Ablauf dieser Zeit wird das Verfahren automatisch unterbrochen unabhängig davon, dass das externe Startsignal noch ansteht. Für Fortsetzung des Verfahrens muss dann das externe Signal über den Startknopf (8) nochmals eingegeben werden.
  • Die durch das elektromagnetische Feld in der elektrisch leitenden Struktur (4) erzeugte Wärme verursacht einerseits eine Reduktion der durch die zuvor statt gefundene Kaltverformung erzeugten inneren Spannungen, gleichzeitig aber auch eine Materialausdehnung im erwärmten Bereich. Danach wird das elektromagnetische Feld außer Kraft gesetzt, damit die nachfolgende Abkühlung der Struktur (4) dafür sorgt, dass diese sich in dem mir Wärme beaufschlagten Bereich verfestigt.
  • Das Verfahren kann bei metallischen ferromagnetischen wie auch bei nicht ferromagnetischen Strukturen (4) (paramagnetische, diamagnetische Materialien) angewendet werden, wesentlich ist, dass das Material elektrisch leitfähig und die hier notwendige Gefügeumwandlung möglich ist.
  • Für eine möglichst große Bandbreite der Anwendung des Verfahrens ist der die Induktionsspule (5) speisende elektrische Generator (8) bevorzugt derart ausgebildet ist, dass insbesondere die Stromstärke und die Frequenz des die Induktionsspule (5) durchfließenden Stromes steuerbar ist. Die Frequenz und/oder die Stromstärke des die Induktionsspule (5) durchfließenden Stroms können während der Anwendung des Verfahrens variiert werden. Da es keine unmittelbare Rückmeldung über das Ergebnis geben kann, müssen die Parameter in Abhängigkeit von Werkstoff und Dicke als Datenbank zur Verfügung stehen. Die Findung der Parameter erfolgt über Temperaturmessung unmittelbar nach der Erwärmung oder über Härtemessung nach Abkühlung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102007062537 A1 [0003]

Claims (13)

  1. Verfahren zur Stabilisierung der mechanisch ausgerichteten elektrisch leitenden, flächigen Struktur (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (4) örtlich oder linienförmig schnell erwärmt und unmittelbar danach abgekühlt bzw. abgeschreckt wird.
  2. Verfahren zur punktuellen oder linienförmigen Gefügeumwandlung der elektrisch leitenden, flächigen oder gezogenen Struktur (4), dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur (4) örtlich oder linienförmig schnell erwärmt und unmittelbar danach abgekühlt bzw. abgeschreckt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds wenigstens ein elektrischer Generator (6) herangezogen wird, welcher mindestens eine Induktionsspule (5) zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds mit Wechselstrom beaufschlagt.
  4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass als prozessbestimmende Größen wenigstens die Stromstärke und/oder die Frequenz des die Induktionsspule (5) durchfließenden Stroms und/oder die Anwendungsdauer des Verfahrens eingestellt werden.
  5. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur ein metallischer Werkstoff ist.
  6. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erwärmung möglichst schnell orts- oder liniengebunden erfolgt.
  7. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass unmittelbar nach der Erwärmung eine schnelle Abkühlung, bzw. Abschreckung folgt.
  8. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie wenigstens einen Generator (6) umfasst, welcher mindestens eine Induktionsspule (5) zur Erzeugung des elektromagnetischen Felds mit Wechselstrom beaufschlagt.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere voneinander unabhängige Induktionsspulen (5) vorgesehen sind, die zeitgleich oder zeitlich versetzt mit Wechselstrom beaufschlagt werden.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine Start-/Stoppeinrichtung (7) zum Starten und/oder Stoppen des Generators (6) vorgesehen ist, welche zumindest durch ein externes Startsignal steuerbar ist.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeigeeinrichtung vorgesehen ist, welche das Anliegen des externen Startsignals durch akustische und/oder optische Signale anzeigt.
  12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke des die Induktionsspule (5) durchfließenden Stroms durch Pulsweitenmodulation eingestellt bzw. eingeregelt wird.
  13. Verwendung der Vorrichtung (-) nach einem der Ansprüche 8 bis 12 zur Stabilisierung der Formgebung oder zur Erhöhung der Festigkeit an elektrisch leitfähigen Strukturen (4) von Fahrzeugen.
DE102009058232A 2009-12-14 2009-12-14 Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung Withdrawn DE102009058232A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009058232A DE102009058232A1 (de) 2009-12-14 2009-12-14 Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102009058232A DE102009058232A1 (de) 2009-12-14 2009-12-14 Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102009058232A1 true DE102009058232A1 (de) 2011-06-16

Family

ID=43992914

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102009058232A Withdrawn DE102009058232A1 (de) 2009-12-14 2009-12-14 Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102009058232A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113832423A (zh) * 2021-10-11 2021-12-24 中国航空制造技术研究院 一种薄壁钛合金结构的局部热处理方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2206816C3 (de) * 1972-02-12 1981-12-10 Früngel, Frank, Dr.-Ing., Zürich Vorrichtung zum Erzeugen extrem feinkörniger metallischer Oberflächengefüge
DE102007043154A1 (de) * 2007-09-11 2009-04-02 Voestalpine Krems Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Profilen
DE102007062537A1 (de) 2007-12-20 2009-06-25 Iff Gmbh Vorrichtung zum Spannen von Körpern in einer Aufnahme

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2206816C3 (de) * 1972-02-12 1981-12-10 Früngel, Frank, Dr.-Ing., Zürich Vorrichtung zum Erzeugen extrem feinkörniger metallischer Oberflächengefüge
DE102007043154A1 (de) * 2007-09-11 2009-04-02 Voestalpine Krems Gmbh Verfahren und Vorrichtung zum Härten von Profilen
DE102007062537A1 (de) 2007-12-20 2009-06-25 Iff Gmbh Vorrichtung zum Spannen von Körpern in einer Aufnahme

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113832423A (zh) * 2021-10-11 2021-12-24 中国航空制造技术研究院 一种薄壁钛合金结构的局部热处理方法
CN113832423B (zh) * 2021-10-11 2023-04-28 中国航空制造技术研究院 一种薄壁钛合金结构的局部热处理方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE10240876B4 (de) Verfahren sowie Vorrichtung zum Formen eines Metallelements
DE60025600T2 (de) Verfahren zur bolzenschweissen mit einer reinigungsstufe
DE102012214274B4 (de) Vordiffundierte Al-Si-Beschichtungen zur Verwendung bei einer schnellen Induktionsaufheizung von pressgehärtetem Stahl
DE102011078075A1 (de) Durch Warmbehandlungsnachbearbeitung passendgemachte Eigenschaften
EP2371974A2 (de) Verfahren zum partiellen Wärmebehandeln einer Kraftfahrzeugkomponente und Karosseriebauteil
DE102010005263A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Bauteils und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
WO2013189597A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines pressgehärteten metallbauteils
DE102014202352A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines faserverstärkten duroplastischen Gegenstands
DE102013108563A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Widerstandsschweißen von Sandwichblechen
EP2085161B1 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von Dellen aus einer elektrisch leitenden, flächigen Struktur zur Ausbildung einer glatten Struktur
DE102011118285A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Kraftwagenbauteils und Kraftwagenbauteil
DE102017120143A1 (de) Biegeverfahren und Biegevorrichtung zum Biegen eines Verbundwerkstoffstabes
DE212020000712U1 (de) Einrichtung zur Entkopplung des elektrischen Effekts bei elektromagnetischer Umformung
EP2169084B1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Formbauteils mit Bereichen unterschiedlicher Festigkeit aus Kaltband
Herbst et al. Strategies for the heat treatment of steel-aluminium hybrid components
DE102010049640A1 (de) Werkzeug zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils und Verfahren zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils
EP2766171A1 (de) Umformverfahren und vorrichtung zur durchführung des verfahrens
DE102012023089B4 (de) Kaltumformverfahren und Umformvorrichtung zum Kaltumformen
DE102009058232A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur ortsgebundenen Gefügeumwandlung an elektrisch, leitenden, flächigen oder längsgezogenen Strukturen hinsichtlich Festigkeitserhöhung
DE102009052220A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Schweißnaht mittels eines Energiestrahls
DE102011018653A1 (de) Widerstands-Schweißvorrichtung
WO2023118298A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur erwärmung eines fahrzeugrads
DE102010033947A1 (de) Umformverfahren für ein Werkstück
DE10135876C2 (de) Verfahren und Vorrichtung zum Aufbringen von Druck- und/oder Zugkräften auf im wesentlichen stabförmige Werkstücke aus elektrisch leitfähigem und/oder magnetisierbarem Material
EP3238871B1 (de) Verfahren zur herstellung eines rohres aus metall durch laserschweissen

Legal Events

Date Code Title Description
OM8 Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law
OP8 Request for examination as to paragraph 44 patent law
R016 Response to examination communication
R120 Application withdrawn or ip right abandoned

Effective date: 20120222