DE102011112466A1

DE102011112466A1 - Induktorspule

Info

Publication number: DE102011112466A1
Application number: DE201110112466
Authority: DE
Inventors: Yunus Baltaci; Christian Bergel; Ngoc Bao Lam Phan; Kathleen Siefert; Andreas Sulzberger
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-08-27
Filing date: 2011-08-27
Publication date: 2013-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktorspule (10) zum induktiven Erwärmen eines metallischen Bauteils, mit zumindest einer Wicklung (12) aus einem Draht (14), insbesondere einem Kupferdraht, wobei die zumindest eine Wicklung (12) mit wenigstens einem zugeordneten Versteifungselement (24) versteift ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktorspule zum induktiven Erwärmen eines metallischen Bauteils nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.
Um metallische Bauteile schnell, gleichmäßig und schonend zu erwärmen, findet zunehmend das induktive Heizen Anwendung. Hierzu werden Spulen, vorzugsweise aus Kupferdraht, im Nahbereich des zu erwärmenden Bauteils angeordnet und mit einem Wechselstrom bestromt. Das um die Spulen entstehende elektromagnetische Wechselfeld führt im zu erwärmenden Bauteil zur Entstehung von Wirbelströmen, welche Bauteile aller Werkstoffarten erwärmen.
Gerade bei komplex geformten Bauteilen ist es dabei von besonderer Bedeutung, die Spulen in einer definierten Anordnung zum Bauteil anzubringen, um die gewünschte homogene Erwärmung zu erreichen. Hierbei ergibt sich das Problem, dass die induzierten starken elektromagnetischen Wechselfelder sowohl auf die Spulen als auch auf das Bauteil Kräfte ausüben. Insbesondere kann es dazu kommen, dass sich die Induktorspulen, die zum Aufheizen des Bauteils verwendet werden, unter ihrem eigenen Feld verformen.
Dies führt wiederum dazu, dass die gewünschte Präzision der Relativanordnung von Spulen und Bauteilen nicht eingehalten wird und das Bauteil demnach nicht auf die gewünschte Weise homogen erhitzt wird. Wird eine solche Heiztechnik zum Wärmebehandeln von Bauteilen eingesetzt, so kann dies dazu führen, dass die mit der Wärmebehandlung angestrebte homogene lokale Erwärmung am Bauteil nicht konstant erzeugt wird, so dass das Bauteil gegebenenfalls unerwünschte Materialeigenschaften, Restspannungen oder dergleichen aufweist.
Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Induktorspule nach dem Oberbegriff von Patentanspruch 1 bereitzustellen, mittels welcher die genannten Probleme vermieden werden.
Diese Aufgabe wird durch eine Induktorspule mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst.
Eine derartige Induktorspule zum induktiven Erwärmen eines metallischen Bauteils umfasst zumindest eine Wicklung aus einem Draht, insbesondere einem Kupferdraht. Erfindungsgemäß ist dabei vorgesehen, dass die zumindest eine Wicklung mit dem wenigstens einen zugeordneten Versteifungselement versteift ist.
Durch das Versteifungselement wird dabei vermieden, dass sich die zubereitete Wicklung der Induktorspule unter dem eigenen Feld der Induktorspule verformt. Damit kann eine besonders gute Abstandskonstanz zwischen der Induktorspule und dem zu erwärmenden Bauteil gewährleistet werden, so dass eine homogene Erwärmung des Bauteils sichergestellt ist.
Vorzugsweise ist das Versteifungselement mit dem Draht verschraubt. Dies ermöglicht ein reversibles Befestigen des Versteifungselements sowie dessen Austausch oder Umpositionierung, so dass die Induktorspule flexibel an unterschiedliche Aufgaben angepasst werden kann.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist ein Abstand des Versteifungselements zum Draht einstellbar. Dies kann insbesondere über die genannten Schrauben erfolgen, so dass eine Feinjustierung an der Geometrie der Induktorspule jederzeit erfolgen kann.
Das Versteifungselement ist vorzugsweise streifen- oder plattenförmig ausgebildet. Eine derartige Geometrie ist besonders einfach konstruktiv zu realisieren und damit besonders kostengünstig.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung besteht das Versteifungselement aus einem insbesondere diamagnetischen Material geringer magnetischer Suszeptibilität. Hierfür bieten sich insbesondere Kupfer oder Aluminium an. Damit wird sichergestellt, dass von den in der Induktorspule erzeugten magnetischen Wechselfeldern keine nennenswerten Wirbelströme im Versteifungselement selbst erzeugt werden, so dass sich dieses verglichen mit dem zu erwärmenden Bauteil nur gering aufheizt. Hierdurch werden thermische Verzüge und Spannungen im Versteifungselement und damit in der Induktorspule selbst vermieden, so dass diese ihre Geometrie besonders gut zu halten vermag.
Im Folgenden werden die Erfindung und ihre Ausführungsformen anhand der Zeichnung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt hierbei ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Induktorspule.
Eine im Ganzen mit 10 bezeichnete Induktorspule zum induktiven Aufheizen von Bauteilen umfasst eine spiralförmige Wicklung 12 aus einem Kupferdraht 14. Die Drahtenden 16 sind über verstärkte Zwischenabschnitte 18 mit plattenförmigen Anschlussteilen 20 verbunden, die über Schrauböffnungen 22 sowohl fixiert als auch elektrisch kontaktiert werden können. Über die Anschlussteile 20 wird im Betrieb der Induktorspule dieser ein Wechselstrom zugeführt. Um die Wicklung 12 bildet sich dabei ein elektromagnetisches Wechselfeld aus, welches im zu erwärmenden Bauteil zur Bildung von Wirbelströmen und gegebenenfalls zu Magnetisierungsverlusten führt, die das Bauteil aufheizen.
Sollen besonders komplexe Bauteile aufgeheizt werden, so ist die Anordnung der Induktorspulen 10 relativ zum Bauteil von besonderer Bedeutung. Nur bei genau eingehaltenen Abständen und Relativpositionen wird die gewünschte homogene Erhitzung des Bauteils erzielt. Da in der Wicklung 12 jedoch starke Felder indiziert werden, kann es dazu kommen, dass die Spule 10 insgesamt sich unter dem eigenen Feld verformt bzw. vom zu erwärmenden Bauteil abgestoßen bzw. an dieses angezogen wird. Auch Wechselwirkungen zwischen benachbarten Induktorspulen 10 sind möglich.
Die Relativlage zwischen Spule 10 und Bauteil kann dabei durch die Sicherung der Spule über das Anschlussteil 20, welches flächig an einer Befestigung anliegt, relativ gut sichergestellt werden. Durch die großflächige Krafteinleitung ist die Induktorspule dabei gut abgestützt. Verformungen der Spule selbst werden dadurch jedoch nicht vermieden, Aus diesem Grund sind Versteifungselemente 24 vorgesehen, die sich über die Wicklung 12 erstrecken, um diese in sich zu stabilisieren. Die Versteifungselemente 24 sind als Streifen aus einem Material mit geringer magnetischer Permeabilität, beispielsweise einem Kunststoff, ausgebildet. Der Kupferdraht 14 ist mit Gewindebolzen 26 versehen, die in entsprechende Aufnahmeöffnungen 28 der Versteifungselemente 24 eingreifen. Die Versteifungselemente 24 sind dabei mit Muttern 30 auf den Gewindebolzen 26 gesichert. Durch die Verwendung von Gewindebolzen 26 und Muttern 30 kann der Abstand der Versteifungselemente 24 zur Wicklung 12 exakt eingestellt werden, so dass die Spule 10 je nach Anwendung beliebig konfiguriert werden kann.
Durch die Versteifungselemente 24 wird eine Verformung der Wicklung 12 unter dem eigenen Feld vermieden, so dass die Induktorspule 10 besonders exakt auch in Betrieb mit konstantem Abstand zu einem zu erwärmenden Bauteil platziert werden kann. Die Feldhomogenität im Bereich des zu erwärmenden Bauteils wird somit deutlich verbessert, die Erwärmung wird gleichmäßig und schonend durchgeführt.

Claims

Induktorspule (10) zum induktiven Erwärmen eines metallischen Bauteils, mit zumindest einer Wicklung (12) aus einem Draht (14), insbesondere einem Kupferdraht, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Wicklung (12) mit wenigstens einem zugeordneten Versteifungselement (24) versteift ist.
Induktorspule (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (24) mit dem Draht (14) verschraubt ist.
Induktorspule (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abstand des Versteifungselements (24) zum Draht (14) einstellbar ist.
Induktorspule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (24) streifen- oder plattenförmig ausgebildet ist.
Induktorspule (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Versteifungselement (24) aus einem insbesondere diamagnetischen Material geringer magnetischer Suszeptibilität besteht.