DE102011112465A1

DE102011112465A1 - Method of manufacturing coil assembly for inductive heating of component, involves providing physical model in to-be-heated areas and winding coils of coil assembly using physical model

Info

Publication number: DE102011112465A1
Application number: DE102011112465A
Authority: DE
Inventors: Yunus Baltaci; Ngoc Bao Lam Phan; Dipl.-Ing. Siefert Kathleen; Andreas Sulzberger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-27
Filing date: 2011-08-27
Publication date: 2012-03-15

Abstract

The method involves providing a CAD model of component and determining the to-be-heated areas (16) of the component. A physical model (10) is provided in to-be-heated areas. The coils of coil assembly are wound using physical model. The coils are wrapped from copper tube. The physical model is made of timber or plastic.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Spulenanordnung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils.The invention relates to a method for producing a coil arrangement for inductive heating of a component.

Zum induktiven Erwärmen von Bauteilen werden Spulenanordnungen verwendet, die mit Wechselströmen bestromt werden. Die entstehenden elektromagnetischen Wechselfelder führen zur Entstehung von Wirbelströmen und Ummagnetisierungsverlusten in den zu erwärmenden metallischen Bauteilen, so dass diese besonders schonend und schnell auf eine Soll-Temperatur gebracht werden können.For inductive heating of components coil assemblies are used, which are energized with alternating currents. The resulting alternating electromagnetic fields lead to the formation of eddy currents and magnetic reversal losses in the metallic components to be heated, so that they can be brought to a target temperature particularly gently and quickly.

Da für eine gleichmäßige Aufheizung der zu erwärmenden Bauteile eine an das jeweilige Bauteil angepasste Spulengeometrie notwendig ist, ist die Entwicklung entsprechender Induktoren besonders aufwändig. Üblicherweise kann dabei nicht einfach von elektronischen Konstruktionsdaten für das zu erwärmende Bauteil ausgegangen werden, so dass die Spulenanordnung derzeit in der Regel erst am fertigen Bauteil selbst geformt wird. Dies verzögert den Fertigungsprozess beträchtlich.Since for a uniform heating of the components to be heated a matched to the respective component coil geometry is necessary, the development of corresponding inductors is particularly complex. Usually it can not simply be assumed that electronic design data for the component to be heated, so that the coil assembly is currently usually formed only on the finished component itself. This considerably delays the manufacturing process.

Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art bereit zu stellen, welches eine besonders einfache und schnelle Herstellung einer Spulenanordnung zum induktiven Erwärmen eines Bauteils ermöglicht.The present invention is therefore based on the object to provide a method of the type mentioned, which allows a particularly simple and fast production of a coil assembly for inductive heating of a component.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by a method having the features of patent claim 1.

Im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst ein CAD-Modell des zu erwärmenden Bauteils bereitgestellt und der zu erwärmende Bereich des Bauteils bestimmt. Hierbei kann es sich um das gesamte Bauteil oder aber beispielsweise nur um später umzuformende Bereiche des Bauteils handeln. In der Folge wird ein physikalisches Modell zumindest der zu erwärmenden Bereiche des Bauteils bereitgestellt, unter dessen Verwendung schließlich die Spulen der Spulenanordnung gewickelt werden. Durch die Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann darauf verzichtet werden, zunächst das Umformwerkzeug für das Bauteil bereitzustellen, Probeteile abzupressen und erst dann an die Form des Bauteils angepasste Induktoren zu entwickeln. Durch die Verwendung eines auf CAD-Daten basierenden physikalischen Modells des Bauteils ist es vielmehr möglich, die Entwicklung der Spulenanordnung parallel zur Bauteil- und Werkzeugentwicklung durchzuführen so dass der Herstellungsprozess der notwendigen Werkzeuge für die Fertigung des endgültigen Bauteils deutlich beschleunigt wird. Hierdurch können Entwicklungskosten und Entwicklungszeiten deutlich reduziert werden.In the context of the method according to the invention, first of all a CAD model of the component to be heated is provided and the area of the component to be heated is determined. This may be the entire component or, for example, only later to be reshaped areas of the component. As a result, a physical model of at least the areas of the component to be heated is provided, under the use of which the coils of the coil arrangement are finally wound. By using the method according to the invention, it is possible to dispense with initially providing the forming tool for the component, pressing off sample parts, and only then developing inductors adapted to the shape of the component. By using a physical model of the component based on CAD data, it is rather possible to carry out the development of the coil arrangement parallel to the component and tool development so that the manufacturing process of the tools necessary for the production of the final component is significantly accelerated. As a result, development costs and development times can be significantly reduced.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Spulen aus einem Kupferrohr gewickelt, dessen Verlauf während des Wickelns an die Form des physikalischen Modells angepasst wird. Hierdurch kann beispielsweise sichergestellt werden, dass die Spulen des fertigen Induktors über die gesamte Geometrie des Bauteils hinweg einen konstanten Abstand zum Bauteil aufweisen, so dass mit diesem Verfahren eine Spulenanordnung erhalten wird, mittels welcher eine besonders homogene Beaufschlagung des Bauteils mit einem elektrischem Wechselfeld ermöglicht wird. Dies führt gleichzeitig zu einer besonders schonenden und gleichmäßigen Erwärmung des Bauteils.In a preferred embodiment of the invention, the coils are wound from a copper tube, the course of which during winding is adapted to the shape of the physical model. In this way, it can be ensured, for example, that the coils of the finished inductor have a constant distance to the component over the entire geometry of the component, so that a coil arrangement is obtained with this method, by means of which a particularly homogeneous loading of the component with an alternating electric field is made possible , This leads at the same time to a particularly gentle and uniform heating of the component.

Das physikalische Modell kann aus einem beliebigen Werkstoff gefertigt werden. Vorzugsweise wird das physikalische Modell aus Holz oder Kunststoff gefertigt. Die Wahl des Materials richtet sich im Wesentlichen nach zur Verfügung stehenden Fertigungstechniken, eine elektrische Leitfähigkeit oder ferromagnetische Eigenschaften sind dabei nicht notwendig, da die Spulenentwicklung ausschließlich anhand der geometrischen Gegebenheiten des Bauteils durchgeführt wird.The physical model can be made of any material. Preferably, the physical model is made of wood or plastic. The choice of material depends essentially on available production techniques, an electrical conductivity or ferromagnetic properties are not necessary, since the coil development is carried out solely on the basis of the geometric conditions of the component.

Vorzugsweise wird das physikalische Modell mittels eines Rapid-Prototyping-Verfahrens gefertigt. Solche generativen Fertigungsmethoden sind geeignet, um besonders schnell, ausgehend von CAD-Modellen physikalische Modelle zu fertigen, deren Qualität für die Spulenentwicklung völlig ausreicht.Preferably, the physical model is manufactured by means of a rapid prototyping method. Such generative manufacturing methods are suitable for producing particularly fast, based on CAD models physical models whose quality is completely sufficient for the coil development.

Im Folgenden wird die Erfindung und Ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei eine schematische Ansicht eines physikalischen Modells eines Blechbauteils, welches zur Entwicklung einer Spulenanordnung im Rahmen eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßes Verfahrens Anwendung finden kann.In the following the invention and its embodiments will be explained in more detail with reference to the drawing. The single FIGURE shows a schematic view of a physical model of a sheet-metal component, which can be used to develop a coil arrangement within the scope of an embodiment of a method according to the invention.

Um auch komplex geformte Bauteile durch induktives Erhitzen möglichst homogen aufheizen zu können, ist es notwendig, auf das jeweilige Bauteil abgestimmte Spulenanordnungen bereitzustellen. Üblicherweise erfolgt dies am fertigen Bauteil, so dass die Spulenentwicklung erst nach der vollständigen Bauteilentwicklung, nach der Entwicklung der entsprechenden, notwendigen Formwerkzeuge, beispielsweise Pressen für das Bauten, sowie nach dem Bereitstellen erster Prototypen des Bauteils erfolgen kann.In order to heat even complex shaped components as homogeneously as possible by inductive heating, it is necessary to provide matched to the respective component coil assemblies. This is usually done on the finished component, so that the coil development can be done only after the complete component development, after the development of the corresponding, necessary molds, for example presses for the building, as well as after providing the first prototype of the component.

Um den Entwicklungszyklus zu beschleunigen, wird im Rahmen eines Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verfahrens die Entwicklung der Induktionsspulen nicht am Bauteil selbst, sondern an einem physikalischen Modell 10 des Bauteils durchgeführt. Ein Beispiel für ein derartiges Modell 10 ist in der Zeichnung abgebildet. Wie zu erkennen, weist das fertige Bauteil – und somit auch das Modell 10 – eine Vielzahl komplexer Konturen 12, 14 auf. Das Modell 10 kann dabei bereits anhand der CAD-Konstruktionsdaten für das fertige Bauteil bereitgestellt werden, ohne dass die Formwerkzeuge zum Prototypenbau bereits vorliegen müssen. Anhand des Modells 10 oder auch anhand der elektronischen Daten wird als nächstes bestimmt, welche Bereiche 16 einer induktiven Erwärmung unterzogen werden müssen. Die Bereiche 16 werden entsprechend auf dem Modell markiert. Im gezeigten Beispiel handelt es sich dabei im Wesentlichen um die Konturen 12, 14 begrenzende Bereiche des Bauteils, welche beim Umformen des Bauteils einer besonders hohen Umformung unterliegen. Durch eine Wärmebehandlung in diesen Bereichen können bei dieser Umformung auftretende Materialspannungen abgebaut werden.In order to accelerate the development cycle, in the context of one embodiment of the method according to the invention, the development of the induction coils does not take place on the component itself but on a physical model 10 performed the component. An example of such a model 10 is shown in the drawing. How to recognize, the finished component - and thus the model 10 - a variety of complex contours 12 . 14 on. The model 10 can already be provided on the basis of the CAD design data for the finished component without the molds for prototyping must already be present. Based on the model 10 or based on the electronic data is next determined which areas 16 must undergo an inductive heating. The areas 16 are marked accordingly on the model. In the example shown, these are essentially the contours 12 . 14 delimiting areas of the component, which undergo a particularly high deformation during forming of the component. By heat treatment in these areas occurring material stresses can be reduced during this transformation.

Anhand der markierten Bereiche 16 werden in der Folge die Spulen für die Spulenanordnung zum induktiven Aufheizen gewickelt. Dies kann durch unmittelbares Formen der Spulen, die aus entsprechend dicken Kupferdrähten oder -rohren gefertigt werden, am Modell 10 erfolgen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass die Spulen der Modell- bzw. Bauteilkontur exakt folgen. Damit wird erzielt, dass die Spulen bei ihrer Verwendung am endgültigen Bauteil auch bei komplexen Bauteilgeometrien äquidistant zum Bauteil angeordnet sind, so dass dieses mit einem möglichst homogenen elektromagnetischen Wechselfeld beaufschlagt wird. Hierdurch wird eine schonende und homogene Aufheizung des Bauteils erzielt.Based on the marked areas 16 As a result, the coils for the coil assembly for inductive heating are wound. This can be done by directly shaping the coils, which are made of correspondingly thick copper wires or tubes, on the model 10 respectively. This can ensure that the coils follow the model or component contour exactly. This ensures that the coils are arranged equidistant to the component in their use on the final component even with complex component geometries, so that this is acted upon with a homogeneous as possible electromagnetic alternating field. As a result, a gentle and homogeneous heating of the component is achieved.

Da die Entwicklung der Spulenanordnung zum induktiven Aufheizen am Modell 10 erfolgt, ist es möglich, diesen Entwicklungsschritt parallel zur Entwicklung des Bauteils bzw. parallel zur Entwicklung von Formwerkzeugen für das Bauteil durchzuführen. Hierdurch werden Entwicklungszeit und Entwicklungskosten eingespart.Since the development of the coil assembly for inductive heating on the model 10 is carried out, it is possible to carry out this development step parallel to the development of the component or parallel to the development of molds for the component. This saves development time and development costs.

Claims

A method of manufacturing a coil assembly for inductively heating a component, comprising the steps of: a) providing a CAD model of the component; b) determining the areas to be heated ( 16 ) of the component; c) providing a physical model ( 10 ) at least the areas of the component to be heated; d) winding the coils of the coil assembly using the physical model ( 10 ).

A method according to claim 1, characterized in that the coils are wound from a copper tube whose course during winding to the shape of the physical model ( 10 ) is adjusted.

Method according to claim 1 or 2, characterized in that the physical model ( 10 ) made of wood or plastic.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized in that the physical model ( 10 ) is manufactured by means of a rapid prototyping method.