DE102011113850A1

DE102011113850A1 - Tool for partial heat treating of metal component, comprises inductor formed as loop structure, where individual loops are placed such that adjacent loop sections are formed with equal current flow direction and are arranged in first plane

Info

Publication number: DE102011113850A1
Application number: DE201110113850
Authority: DE
Inventors: Martin Pohl
Original assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Current assignee: Benteler Automobiltechnik GmbH
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2013-12-05

Abstract

Tool comprises an inductor (2), which is arranged over an area (3), at which the partial heat treatment is carried out, and has a distance (x) to the area. The inductor is formed as a loop structure with >= 2 loops. The individual loops are arranged such that loop sections with equal current flow direction are present adjacent to individual loops, and are arranged in a first plane (4).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Werkzeug zum partiellen erwärmen eines metallischen Bauteils nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The present invention relates to a tool for partially heating a metallic component according to the preamble of patent claim 1.

Bei aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen stellt sich das Problem, dass eine gleichmäßige Erwärmung der zu bearbeitenden Bauelemente unabhängig von deren Querschnitt nur sehr schwer erreichbar ist. Dies gilt insbesondere für eine verfahrensökonomisch angestrebte möglichst kurze Erwärmungszeit.In known from the prior art method for inductive heating of metallic components, the problem arises that a uniform heating of the components to be machined, regardless of their cross-section is very difficult to achieve. This applies in particular to a procedurally desired as short as possible heating time.

Insbesondere bei großen und/oder fast rechteckigen Fügeflächen werden der Stromfluss und damit die Erwärmung der Fügeflächen mittels bekannter Induktionsschleifen ungleichförmig. Beispielsweise ist aus der DE 198 58 702 A1 ein Pressschweißverfahren zum Verbinden von Schaufelteilen einer Gasturbine bekannt, wobei ein Schaufelblattabschnitt und wenigstens ein weiteres Schaufelteil bereit gestellt werden. Dabei werden entsprechende Verbindungsflächen dieser Elemente im Wesentlichen fluchtend beabstandet zueinander positioniert und anschließend durch Erregen eines Induktors mit hochfrequentem Strom und durch Zusammenfahren unter Berührung ihrer Verbindungsflächen miteinander verschweißt. Bei diesem induktiven Hochfrequenzpressschweißen ist die genügend große und homogene Erwärmung der beiden Bauteile für die Qualität der Fügestellte von entscheidender Bedeutung.Especially in the case of large and / or almost rectangular joining surfaces, the current flow and thus the heating of the joining surfaces become non-uniform by means of known induction loops. For example, is from the DE 198 58 702 A1 a pressure welding method for connecting blade parts of a gas turbine, wherein an airfoil portion and at least one further blade part are provided. In this case, corresponding connecting surfaces of these elements are positioned substantially flush with each other and then welded together by energizing an inductor with high-frequency current and by moving together touching their connecting surfaces. In this inductive high-frequency pressure welding, the sufficiently large and homogeneous heating of the two components for the quality of the joints is of crucial importance.

Aus der 10 2005 054 847 B3 sind warmgeformte und pressgehärtete Bauteile, die nach dem Endformen und dem Einstellen hochfester mechanischer Eigenschaften im Stahl einer gezielten Wärmebehandlung unterzogen werden, bekannt. Insbesondere bei Struktur- und/oder Sicherheitsbauteilen, die im Crashfall belastet werden, soll ein nach der vorgenannten Art hergestelltes Bauteil einerseits hoch fest sein und andererseits im Crashfall durch geführte Deformation die eingebrachte Energie gezielt abbauen.From the 10 2005 054 847 B3 are thermoformed and press-hardened components which are subjected to a targeted heat treatment after the final shaping and setting of high-strength mechanical properties in the steel. Particularly in the case of structural and / or safety components which are loaded in the event of a crash, a component manufactured according to the aforementioned type should on the one hand be highly strong and, on the other hand, selectively reduce the energy introduced in the event of a crash by guided deformation.

Aus der noch unveröffentlichten DE 10 2010 049 640 ist ein Werkzeug nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt, bei dem zur möglichst homogenen Erwärmung des zu erwärmenden Bereichs zwei ebene, mäanderförmige Induktoren verwendet werden, die auf gegenüberliegenden Seiten des zu erwärmenden Bereiches angeordnet sind. Auch wenn dadurch eine deutliche Verbesserung der Homogenität der Wärmeverteilung in dem wärmebehandelten Bauteil erreicht werden kann, ist durch die Verwendung von zwei Induktoren ein erhöhter Bauteileaufwand notwendig sowie durch die räumliche Anordnung dieser beiden Induktoren nicht die Erwärmung von komplexen Bauteilen möglich, da deren Geometrie die Anordnung nicht zulässt. Zudem hat sich herausgestellt, dass dieses Werkzeug sehr empfindlich auf geringste Abstandsänderungen zwischen den Induktoren und dem zu erwärmenden Bereich und anderen Geometrieänderungen reagiert. Ferner fällt bei der Verwendung solcher Induktoren die Stärke des Induktionsfeldes zwischen benachbarten Leitern sehr stark ab, so dass ein inhomogenes Erwärmungsbild entsteht, welches durch Wärmeleitungseffekt und/oder Bewegungen wenigstens eines Induktors kompensiert werden muss. Dieses Werkzeug ist aufgrund dieser Anfälligkeit nur bedingt für eine Serienproduktion von metallischen Bauteilen geeignet.From the still unpublished DE 10 2010 049 640 a tool according to the preamble of claim 1 is known, in which two flat, meandering inductors are used for the most homogeneous possible heating of the region to be heated, which are arranged on opposite sides of the region to be heated. Even if a significant improvement in the homogeneity of the heat distribution in the heat-treated component can be achieved thereby, the use of two inductors increased component count is required and the spatial arrangement of these two inductors not the heating of complex components possible because their geometry, the arrangement does not allow. In addition, it has been found that this tool is very sensitive to the smallest changes in the distance between the inductors and the area to be heated and other changes in geometry. Furthermore, when using such inductors, the strength of the induction field between adjacent conductors drops very sharply, so that an inhomogeneous heating image arises, which must be compensated by the heat conduction effect and / or movements of at least one inductor. Due to this vulnerability, this tool is only conditionally suitable for mass production of metallic components.

Eine Wärmebehandlung findet gemäß dem Stand der Technik der noch unveröffentlichten DE 10 2010 012 830 üblicherweise mit folgenden Verfahrensschritten statt:

a) partielles Wärmebehandeln des zu erwärmenden Bereichs des Bauteils in einem Zeitraum von wenigen Sekunden, wobei dieser Bereich zunächst auf eine Aufwärmtemperatur T1 in einem Bereich zwischen 700°C und 800°C aufgewärmt wird,
b) halten dieser Aufwärmtemperatur für eine Haltezeit von wenigen Sekunden und
c) Abkühlen des Bereichs in mindesten zwei Abkühlphasen, wobei die zweite Abkühlphase 60 Sekunden beträgt und kürzer als die erste Abkühlphase ist.

A heat treatment according to the prior art of the unpublished DE 10 2010 012 830 usually with the following process steps:

a) partial heat treatment of the area of the component to be heated in a period of a few seconds, this area being first heated to a warm-up temperature T1 in a range between 700 ° C and 800 ° C,
b) keep this warm-up temperature for a few seconds and a hold time
c) cooling the region in at least two cooling phases, wherein the second cooling phase is 60 seconds and shorter than the first cooling phase.

Dabei verändern sich die im Warmform- und Presshärteprozess eingestellten Festigkeitswerte des Bauteils im Wesentlichen nicht. Gleichzeitig wird jedoch die Duktilität des Werkstoffes in dem wärmebehandelten Bereich derart erhöht, dass im Crashfall eine gezielt geführte Deformation zur Energieableitung möglich ist.At the same time, the strength values of the component set in the thermoforming and press hardening process do not substantially change. At the same time, however, the ductility of the material in the heat-treated area is increased such that in the event of a crash a deliberately guided deformation for energy dissipation is possible.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Werkzeug zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils bereitzustellen, dass die partiellen Wärmebehandlungsmöglichkeiten bei metallischen Bauteilen gegenüber den aus dem Stand der Technik bekannten Wärmebehandlungsmöglichkeiten mittels Induktion verbessert.The object of the present invention is therefore to provide a tool for the partial heat treatment of a metallic component, which improves the partial heat treatment possibilities in the case of metallic components in comparison with the heat treatment possibilities known from the prior art by means of induction.

Die zuvor genannte Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Werkzeug zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils gemäß den Merkmalen des Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen.The aforementioned object is achieved with a tool for the partial heat treatment of a metallic component according to the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims.

Das Werkzeug zum partiellen Wärmebehandeln eines metallischen Bauteils, insbesondere eines warmumgeformten und pressgehärteten Bauteils, wobei das Werkzeug einen ersten Induktor aufweist, welche über einem Bereich angeordnet ist, in dem die partielle Wärmebehandlung erfolgt und einen Abstand x zu diesem Bereich aufweist, ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, dass der Induktor als Schleifengebilde ausgebildet ist, wobei die Schleifenanzahl des Induktors SAI = N ≥ 2 ist und die einzelnen Schleifen S1 bis SN derart angeordnet sind, dass in Richtung der mittigen Achse des Schleifengebildes Schleifenabschnitte S1a, bis SNa und S1b bis SNb mit gleicher Stromdurchflußrichtung benachbart und in einer Ebene angeordnet sind.The tool for partially heat treating a metallic component, in particular a hot-formed and press-hardened component, wherein the tool comprises a first inductor which is arranged over a region in which the partial heat treatment takes place and has a distance x from this region is inventively characterized in that the inductor is formed as a loop structure, wherein the loop number of the inductor SAI = N ≥ 2 and the individual loops S1 to SN are arranged such that in the direction of the central axis of the loop structure loop portions S1a to SNa and S1b to SNb are arranged adjacent to the same Stromdurchflußrichtung and in a plane.

Durch Ausgestaltung des Induktors als Schleifengebilde mit der erfindungsgemäßen Anordnung der einzelnen Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb ist der Induktor in zwei Bereiche geteilt. Die einzelnen Schleifenabschnitte beider Bereiche weisen dabei die gleiche Stromflussrichtung auf, so dass in jedem Bereich die Induktionsfeldstärke keinen extremen ortsabhängigen Gradienten aufweist. Lediglich im Grenzbereich zwischen den beiden Bereichen liegt aufgrund der sich umkehrenden Stromrichtung der dort benachbarten Schleifenabschnitte SNa und S1B im Magnetfeld ein extrem großer ortsabhängiger Gradient gegebenenfalls sogar ein Sprung an. Beide Bereiche für sich alleine betrachtet weisen demnach in Richtung des zu erwärmenden Bauteils ein stetiges Induktionsfeld mit geringen ortsabhängigen Gradienten auf. Überraschender Weise hat sich nun gezeigt, dass mit solch erfindungsgemäßen Anordnungen eine deutlich homogenere Erwärmung des zu erwärmenden Bereichs des Bauteils erreichbar ist. Ferner erfolgt die Wärmebehandlung an einem wärmezubehandelnden Bauteil derart, dass Bereiche in dem Bauteil selber, die nicht durch ein Induktionsfeld erfasst sind, im Wesentlichen vermieden werden. Insbesondere wird durch das erfindungsgemäße Werkzeug ein besonders homogenes Werkstoffgefüge eingestellt. Dieses lässt sich für alle möglichen Flächengeometrien, wie z. B. Kreise; Ellipsen; Quadrate, Rechtecke, Parallelogramme oder dergleichen der zu erwärmenden Bereiche realisieren. Dabei lassen sich Materialeigenschaften wie beispielsweise die Duktilität oder dergleichen in diesem Bereich mit Hilfe der an dem Induktor einstellbaren Parameter wie beispielsweise die Stromstärke, die Frequenz der Wechselspannung oder dergleichen einstellen.By designing the inductor as a loop structure with the inventive arrangement of the individual loop sections S1a to SNa and S1b to SNb, the inductor is divided into two areas. The individual loop sections of both areas have the same current flow direction, so that in each area the induction field strength does not have an extreme location-dependent gradient. Only in the boundary region between the two regions, due to the reversing current direction of the loop sections SNa and S1B adjacent thereto in the magnetic field, an extremely large, spatially dependent gradient possibly even jumps. Accordingly, both areas considered individually have a continuous induction field with small location-dependent gradients in the direction of the component to be heated. Surprisingly, it has now been found that with such arrangements according to the invention a significantly more homogeneous heating of the area of the component to be heated can be achieved. Further, the heat treatment is performed on a heat-treatment member such that areas in the component itself, which are not detected by an induction field, are substantially avoided. In particular, a particularly homogeneous material structure is set by the tool according to the invention. This can be used for all possible surface geometries, such. Circles; ellipses; Squares, rectangles, parallelograms or the like of the areas to be heated realize. In this case, material properties such as ductility or the like can be adjusted in this range with the help of adjustable parameters on the inductor such as the current, the frequency of the AC voltage or the like.

Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung liegen Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd, welche die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb miteinander verbinden, im Wesentlichen in der gleichen Ebene wie die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb. Durch diese Maßnahme ist es möglich, den Induktor in seiner Gesamtheit im Wesentlichen als flächiges Gebilde zu gestalten. Flächig in diesem Zusammenhang heißt natürlich nicht zweidimensional im mathematischen Sinne, vielmehr hat der Induktor natürlich auch eine Ausdehnung in die dritte Dimension. Diese Ausdehnung soll sich aber im Wesentlichen nicht über den Querschnitt des elektrischen Leiters des Induktors erstrecken. Ferner ermöglicht diese Ausgestaltung in einfacher Weise, eine induktive Erwärmung über einem partiellen Bereich zu erzeugen, insbesondere einen partiellen flächigen Bereich damit gleichmäßig und homogen induktiv zu erwärmen.According to a first advantageous embodiment of the invention, loop sections S1c to SNc and S1d to SNd, which connect the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb, lie substantially in the same plane as the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb. By this measure, it is possible to make the inductor in its entirety essentially as a flat structure. Of course, flat in this context does not mean two-dimensional in the mathematical sense, but of course the inductor also has an extension into the third dimension. However, this expansion should not substantially extend over the cross section of the electrical conductor of the inductor. Furthermore, this embodiment allows in a simple manner to produce an inductive heating over a partial area, in particular to heat it uniformly and homogeneously inductively a partial areal area.

Der Induktor ist in der Regel flächig ausgebildet, so dass eine Bauteilfläche, die beispielsweise auch durch mehrere zueinander verwinkelte einzelne Bauteilflächen gebildet ist, mit einem erfindungsgemäßen Induktor erwärmt werden kann. Der Vorteil dabei ist insbesondere, dass die Flächen nicht vollständig eben sein müssen, sondern gekrümmte Oberflächen oder aber auch in einem Winkel zueinander stehend angeordnet sein können.The inductor is generally flat, so that a component surface, which is formed, for example, by a plurality of individual component surfaces that are angled relative to one another, can be heated with an inductor according to the invention. The advantage here is in particular that the surfaces need not be completely flat, but curved surfaces or else can be arranged at an angle to each other standing.

Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn die Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd im Wesentlichen in zwei weiteren Ebene liegen, welche die erste Ebene, in welcher die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb liegen, schneiden, wobei die Schleifenabschnitte S1c bis SNc in der ersten weiteren Ebene und die Schleifenabschnitte S1d bis SNd in der zweiten weiteren Ebene liegen. Durch eine solche Maßnahme ist möglich, gezielt im Wesentlichen nur die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb zur induktiven Erwärmung des Bauteils zu nutzen, da die Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd durch Ihre Lage in den beide weiteren Ebenen aus der Ebene der Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb „weggeklappt” sind. Die Magnetfelder der Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd sind daher im zu erwärmenden Bereich des Bauteils vernachlässigbar, so dass auch ihr Energieeintrag im Vergleich zu dem der Magnetfelder der Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd im zu erwärmenden Bereich des Bauteils vernachlässigbar ist. Insofern ist eine sehr gezielt steuerbare homogene Erwärmung des zu erwärmende Bereichs gegeben, da Störfelder durch die Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd minimiert beziehungsweise vermieden sind.It has proven to be particularly advantageous if the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd lie substantially in two further planes which intersect the first plane in which the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb lie, the loop sections S1c to SNc in the first further plane and the loop sections S1d to SNd lie in the second further plane. By means of such a measure, it is possible to use substantially only the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb for inductive heating of the component, since the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd are separated by their position in the other two planes from the plane of FIG Loop portions S1a to SNa and S1b to SNb are "folded away". The magnetic fields The loop sections S1c to SNc and S1d to SNd are therefore negligible in the region of the component to be heated, so that their energy input is negligible compared to that of the magnetic fields of the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd in the area of the component to be heated. In this respect, a very specifically controllable homogeneous heating of the area to be heated is given because interference fields are minimized or avoided by the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd.

Es bietet sich daher an, dass die weiteren Ebenen, in welchen die Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd angeordnet sind, senkrecht auf der Ebene, in welcher die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb angeordnet sind, stehen. Dadurch werden die Magnetfelder der Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd in einfacher Weise um 90° „weggeklappt”, so dass die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb eine ebene Fläche bilden, mit welcher besonders gut partiell Bereiche eines Bauteils gezielt und steuerbar erwärmt werden können, ohne dass die Magnetfelder der Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd wesentliche Störeinflüsse ausüben können.It is therefore appropriate that the further planes, in which the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd are arranged, are perpendicular to the plane in which the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb are arranged. As a result, the magnetic fields of the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd are "folded away" in a simple manner by 90 °, so that the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb form a flat surface with which regions of a component are particularly well targeted and controllable can be heated without the magnetic fields of the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd can exert significant interference.

Besonders bevorzugt schneiden dazu die beiden weiteren Ebenen die erste Ebene in einem Winkel β ≠ 90, insbesondere so, dass die Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd in einer Draufsicht auf die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb nicht mehr zu sehen sind. Sie sind sozusagen unter die Schleifenabschnitte S1a bis SNa und S1b bis SNb „weggeklappt”, was nochmals zu einer Minimierung von Störeinflüssen durch die Magnetfelder der Schleifenabschnitte S1c bis SNc und S1d bis SNd bei der Erwärmung des Bauteilbereichs führt. Insofern lässt sich die Erwärmung des Bauteilbereichs durch diese Ausgestaltung der Erfindung besonders effizient, gezielt und steuerbar ausführen.To this end, the two further planes particularly preferably intersect the first plane at an angle β≠90, in particular so that the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd can no longer be seen in a plan view of the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb. They are, as it were, "folded away" below the loop sections S1a to SNa and S1b to SNb, which again leads to a minimization of disturbing influences due to the magnetic fields of the loop sections S1c to SNc and S1d to SNd during the heating of the component region. In this respect, the heating of the component area can be carried out in a particularly efficient, targeted and controllable manner by means of this embodiment of the invention.

Vorzugsweise weisen die Induktionsschleifen des Induktors eine rohrförmige Ausbildung auf, insbesondere sind es Rohre. Vorzugsweise wird weiterhin ein Kühlmedium durch die Rohre geleitet, insbesondere sind die Rohre aus einer Kupferlegierung gebildet. Hierdurch ist es möglich, die jeweils gewünschten Wärmeeinträge in das Bauteil zu erreichen, ohne dass dabei der Induktor selber überhitzt. Frequenz, Stromstärke und auch Erwärmungszeit in dem partiell zu behandelnden Bereich sind dabei derart zu wählen, dass die gewünschten Festigkeitseigenschaften und auch Duktilitätseigenschaften in dem Bauteil erzielt werden.The induction loops of the inductor preferably have a tubular design, in particular they are tubes. Preferably, a cooling medium is further passed through the tubes, in particular, the tubes are formed of a copper alloy. This makes it possible to achieve the respective desired heat inputs into the component without the inductor itself overheating. Frequency, current and heating time in the partially treated area are to be chosen such that the desired strength properties and also ductility properties are achieved in the component.

Weitere Ziele, Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnungen. Dabei bilden alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger sinnvoller Kombination den Gegenstand der vorliegenden Erfindung, auch unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren Rückbeziehung.Other objects, advantages, features and applications of the present invention will become apparent from the following description of several embodiments with reference to the drawings. All described and / or illustrated features alone or in any meaningful combination form the subject matter of the present invention, also independent of their summary in the claims or their dependency.

Es zeigen:Show it:

1: eine schematische Darstellung eines über einem Bauteil angeordneten Induktors, 1 FIG. 2: a schematic representation of an inductor arranged above a component, FIG.

2: ein Ausführungsbeispiel eines Induktors, für ein erfindungsgemäßes Werkzeug und 2 : An embodiment of an inductor, for a tool according to the invention and

3: ein anderes Ausführungsbeispiel eines Induktors, für ein erfindungsgemäßes Werkzeug. 3 : another embodiment of an inductor, for a tool according to the invention.

In 1 ist die Anordnung eines Induktors 2 eines erfindungsgemäßen Werkzeuges, dessen Rest aus Übersichtlichkeitsgründen hier nicht dargestellt ist, in einem Abstand x an einem zu erwärmenden Bauteil 1 schematisch dargestellt. Der Induktor 1 heizt bei einer Wärmebehandlung nicht das gesamte Bauteil 1 auf, sondern nur einen definierten Bereich 3. Da mit der Wärmebehandlung beabsichtigt ist, die Duktilität des Bauteils nur im Bereich 3 zu ändern, ist es gewünscht, dass die Wärmebehandlung möglichst nur dort stattfindet. Der Induktor muss deshalb in der Lage sein, im Wesentlichen nur den Bereich 3 zu erwärmen, ohne den Rest des Bauteils 1 einer entsprechenden Behandlung zu unterziehen. Es ist deshalb notwendig, dass sich die induktive Wärmebehandlung des Bauteils 1 auf den Bereich 3 beschränkt, möglichst ohne beziehungsweise nur mit sehr scharf begrenzten Übergangsbereichen.In 1 is the arrangement of an inductor 2 a tool according to the invention, the rest of which is not shown here for reasons of clarity, at a distance x to a component to be heated 1 shown schematically. The inductor 1 does not heat the entire component during a heat treatment 1 on, but only a defined area 3 , Since the heat treatment is intended, the ductility of the component only in the range 3 to change, it is desired that the heat treatment takes place only possible there. The inductor must therefore be able to essentially only the area 3 to heat up, without the rest of the component 1 to undergo appropriate treatment. It is therefore necessary that the inductive heat treatment of the component 1 on the area 3 limited, if possible without or only with very sharply limited transition areas.

Solche scharf vom Rest des Bauteils 3 abgegrenzten wärmebehandelten Bereiche 3 lassen sich sehr gut mit in den 2 und 3 dargestellten Induktoren 2 erreichen. Dort ist jeweils ein Induktor 2 in Form eines Schleifengebildes mit vier Schleifen gezeigt. Die einzelnen Schleifen sind aus vier verschiedenen Schleifenabschnitten SNa, SNb, SNc und SNd aufgebaut, wobei N die jeweilige Schleife angibt.Such sharp from the rest of the component 3 delimited heat-treated areas 3 can be very well with in the 2 and 3 illustrated inductors 2 to reach. There is an inductor in each case 2 shown in the form of a loop structure with four loops. The individual loops are made up of four different loop sections SNa, SNb, SNc and SNd, N indicating the respective loop.

In 2 ist ein Induktor 2 gezeigt, bei dem die Schleifenabschnitte SNa und SNb im Wesentlichen parallel verlaufen. Die Schleifen sind dabei derart angeordnet, dass alte vier Schleifenabschnitte S1a, S2a, S3a und S4a bei Strombeaufschlagung die gleiche Stromdurchflussrichtung aufweisen, während die Stromdurchflussrichtung in den Schleifenabschnitten S1b, S2b, S3b und S4b genau entgegengesetzt sind. Durch diese Anordnung wird erreicht, dass sich der Induktor im Wesentlichen in zwei Bereiche aufteilen lässt, die durch die Stromdurchflußrichtung im Induktor entsprechend der Schleifenabschnitte S1a, S2a, S3a und S4a und S1b, S2b, S3b und S4b definiert ist. Über diese Bereiche wird bei Anlegen einer Wechselspannung jeweils ein veränderliches magnetisches Feld erzeugt, wodurch im Bereich 3 des Bauteils 1 die induktive Erwärmung induziert wird. Dabei ist in den beiden Bereichen das Magnetfeld im Wesentlichen identisch. Jedoch weist das Magnetfeld über dem ersten Bereich die entgegengesetzte Richtung auf wie das Magnetfeld über dem zweiten Bereich. Insofern werden im Bereich 3 des Bauteils 1 über diesen beiden Bereichen des Induktors 2 durch Induktion gleiche Wirbelströme jedoch mit entgegengesetzter Stromrichtung induziert. Aufgrund des gleichen Induktionsfeldes ist daher im den gesamte Bereich 3 des Bauteils 1 die Wärmebehandlung sehr homogen. Mithilfe der verschieden Parameter, die am Induktor einstellbar sind, wie beispielsweise Frequenz der am Induktor 2 anliegenden Wechselspannung, Stromstärke oder dergleichen lässt sich daher durch eine solche induktive Wärmebehandlung ein besonders homogenes Werkstoffgefüge im Bereich 3 des Bauteils 1 einstellen, welches die gewünschten physikalischen Eigenschaften insbesondere in Bezug zur Härte und Duktilität aufweist.In 2 is an inductor 2 shown in which the loop portions SNa and SNb are substantially parallel. The loops are arranged such that old four loop sections S1a, S2a, S3a and S4a have the same current flow direction when energized, while the current flow direction in the loop sections S1b, S2b, S3b and S4b are exactly opposite. By this arrangement, it is achieved that the inductor can be divided substantially into two areas, which is defined by the Stromdurchflußrichtung in the inductor corresponding to the loop sections S1a, S2a, S3a and S4a and S1b, S2b, S3b and S4b. Whenever an alternating voltage is applied, a variable magnetic field is generated across these areas, whereby in the area 3 of the component 1 the inductive heating is induced. In this case, the magnetic field is substantially identical in the two areas. However, the magnetic field over the first region has the opposite direction as the magnetic field over the second region. Insofar be in the area 3 of the component 1 over these two areas of the inductor 2 induced by induction same eddy currents but with opposite current direction. Due to the same induction field is therefore in the entire area 3 of the component 1 the heat treatment very homogeneous. Using the various parameters that are adjustable on the inductor, such as the frequency of the inductor 2 applied alternating voltage, current or the like can therefore be by such inductive heat treatment a particularly homogeneous material structure in the field 3 of the component 1 adjust, which has the desired physical properties, especially in relation to hardness and ductility.

Der in 3 gezeigte Induktor 2 entspricht im Wesentlichen dem in 2 gezeigten Induktor, mit dem Unterschied, dass hier nur die Schleifenabschnitte SNa für sich und die Schleifenabschnitte SNb für sich parallel zueinander angeordnet sind. Ferner sind die Schleifenabschnitte SNa und SNb bogen- beziehungsweise halbkreisförmig ausgebildet, wobei Schleifenabschnitte SNa und Schleifenabschnitte SNb entgegengesetzte Orientierung aufweisen. Der Bereich 3 eines Bauteils 1 ist daher in seinen Randbereichen, die den Schleifenabschnitte S1a und S4b entsprechen, abgerundet ausgebildet. The in 3 shown inductor 2 is essentially the same as in 2 shown inductor, with the difference that here only the loop portions SNa for themselves and the loop portions SNb are arranged in parallel to each other. Further, the loop portions SNa and SNb are formed in a semicircular shape with loop portions SNa and loop portions SNb having opposite orientation. The area 3 a component 1 is therefore rounded in its edge regions corresponding to the loop portions S1a and S4b.

In den 2 und 3 sind noch Knickachsen 12 und 13 dargestellt. Dabei ist die Knickachse 12 Schleifenabschnitte SNc und die Knickachse 13 Schleifenabschnitte SNd zugeordnet. Diese Knickachsen 12, 13 sollen verdeutlichen, dass in diesen Figuren dargestellte Induktoren 2 abgewinkelte Schleifenabschnitte SNc und SNd aufweisen können. Dies ist so zu verstehen, dass die Schleifenabschnitte SNc und SND in einer Draufsicht auf die die Schleifenabschnitte SNa uns SNb enthaltende Ebene 4 hinter diesen verborgen sind. Solch ausgestaltete Induktoren 2 weisen im stromdurchflossenen Zustand bei Anlage einer Wechselspannung besonders geeignete Magnetfelder zur induktiven Erwärmung auf, da die Magnetfelder der Schleifenabschnitte SNc und SNd keinen oder nur ein vernachlässigbaren Energieeintrag in den zu erwärmenden Bereich liefern.In the 2 and 3 are still bending axes 12 and 13 shown. Here is the kink axis 12 Loop sections SNc and the bending axis 13 Assigned loop sections SNd. These bending axes 12 . 13 are intended to illustrate that illustrated in these figures inductors 2 may have angled loop sections SNc and SNd. This is to be understood that the loop sections SNc and SND in a plan view of the plane containing the loop sections SNa and SNb 4 are hidden behind these. Such configured inductors 2 have in the current-carrying state when AC voltage particularly suitable magnetic fields for inductive heating, since the magnetic fields of the loop sections SNc and SNd provide no or only a negligible energy input into the area to be heated.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Bauteilcomponent
22: Induktorinductor
33: BereichArea
44: Ebenelevel
55: Ebenelevel
66: Ebenelevel
XX: Abstanddistance
S1aS1a: Schleifenbereich a der ersten SchleifeLoop area a of the first loop
S1bS1b: Schleifenbereich b der ersten SchleifeLoop area b of the first loop
S1cs1c: Schleifenbereich c der ersten SchleifeLoop area c of the first loop
S1dS 1 d: Schleifenbereich d der ersten SchleifeLoop area d of the first loop
: ......
SNaS Na: Schleifenbereich a der N. SchleifeLoop area a of the N. loop
SNbSN b: Schleifenbereich b der N. SchleifeLoop area b of the N. loop
SNcSNc: Schleifenbereich c der N. SchleifeLoop area c of the N. loop
SNdSNd: Schleifenbereich d der N. SchleifeLoop area d of the N. loop
1111: Achseaxis
1212: Knickachsebending axis
1313: Knickachsebending axis

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19858702A1 [0003]
DE 102005054847 B3 [0004]
DE 102010049640 [0005]
DE 102010012830 [0006]

Claims

Tool for partially heat treating a metallic component ( 1 ), in particular a thermoformed and press-hardened component ( 1 ), the tool being an inductor ( 2 ), which over a range ( 3 ), in which the partial heat treatment takes place, and a distance (x) to this area ( 3 ), characterized in that the inductor ( 2 ) as a loop structure ( 10 ), wherein the loop number of the inductor SAI = N ≥ 2 and the individual loops (S1, ..., SN) are arranged such that in the direction of the central axis ( 11 ) of the loop structure ( 10 ) Loop sections (S1a, ..., SNa; S1b, ..., SNb) adjacent to the same flow direction and in a first plane ( 4 ) are arranged.

Tool according to claim 1, characterized in that loop portions (S1c, ..., SNc; S1d, ..., SNd) interconnecting said loop portions (S1a, ..., SNa; S1b, ..., SNb) , essentially at the first level ( 4 ) lie.

Tool according to claim 1 or 2, characterized in that loop portions (S1c, ..., SNc; S1d, ..., SNd), substantially in two further levels ( 5 . 6 ), which the plane ( 4 ), wherein loop sections (S1c, ..., SNc) in the first further plane ( 5 ) and loop sections (S1d, ..., SNd) in the second further plane ( 6 ) lie.

Tool according to claim 3, characterized in that the further levels ( 5 . 6 ), perpendicular to the plane ( 4 ) stand.

Tool according to claim 3, characterized in that the further levels ( 5 . 6 ) the level ( 4 ) at an angle β ≠ 90 °.

Tool according to claim 5, characterized in that the further levels ( 5 . 6 ) parallel to each other.

Tool according to one of the preceding claims, characterized in that the induction loops of the inductor ( 2 ) are rohrfömig, wherein preferably a cooling medium through the tubes is conductive and the tubes are formed of a copper alloy.