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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Induktors gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, sowie einen Induktor zur lokalen induktiven Erwärmung eines Werkstücks gemäß Oberbegriff des Anspruchs 6.
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Werkstücke, insbesondere Bleche, die zumindest bereichsweise umgeformt werden sollen, werden hierzu typischerweise zumindest in den umzuformenden Bereichen erwärmt. Um eine schnelle, gleichmäßige und schonende Erwärmung metallischer Bauteile zu gewährleisten, werden diese häufig induktiv erwärmt. Hierzu wird mindestens ein Induktor, der eine Induktionsspule aufweist, die vorzugsweise Kupferdraht, bzw. ein Kupferrohr umfasst, in der Nähe eines zu erwärmenden Bereichs angeordnet. Dabei wird Wechselstrom durch den Induktor geleitet, sodass im Bereich der Induktionsspule ein elektromagnetisches Wechselfeld entsteht. Dieses führt in dem zu erwärmenden Bereich des Werkstücks zur Bildung von Wirbelströmen, sodass dieses durch Wirbelstromverluste erwärmt wird. Um auch bei komplex geformten Bauteilen eine möglichst homogene Flächenerwärmung zu erreichen, wird die Induktionsspule in eine definierte Anordnung zu dem zu erwärmenden Bereich gebracht. Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung
DE 10 2011 112 466.0 geht eine Induktionsspule hervor, die ein Versteifungselement aufweist, welches dazu beiträgt, dass ein Abstand zwischen der Induktionsspule und dem zu erwärmenden Bereich konstant bleibt.
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Zur homogenen Flächenerwärmung gekrümmter Bereiche eines Werkstücks ist es allerdings wünschenswert, die Form des Induktors und insbesondere der Induktionsspule an die Geometrie des zu erwärmenden Bereichs anpassen zu können, sodass überall der gleiche Abstand zwischen der Induktionsspule und dem zu erwärmenden Bereich eingehalten wird.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Induktors sowie einen Induktor zu schaffen, bei welchem eine solche Anpassung an die Geometrie eines zu erwärmenden Werkstücks, insbesondere eines Bleches, möglich ist.
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Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Dadurch, dass der Induktor aus einem plastifizierbaren, elektrisch leitenden Kunststoff hergestellt wird, ist er insbesondere im erwärmten Zustand einfach an die Form eines umzuformenden Werkstücks, insbesondere eines Blechhalbzeugs, anpassbar. Es kann sich bei der Materialwahl auch um einen aushärtbaren Kunststoff handeln. Insbesondere ist eine schnelle Feinanpassung der Windungen der Induktionsspule an ein zu erwärmendes Blechhalbzeug möglich. Dabei wird die Form des Induktors, insbesondere der Induktionsspule, vorzugsweise formnegativ an die Form des zu erwärmenden Bereichs des Werkstücks angepasst, sodass ein Abstand zu einer Oberfläche des zu erwärmenden Werkstücks überall auf der dem Werkstück zugewandten Oberfläche des Induktors beziehungsweise der Induktionsspule gleich ist. Auf diese Weise wird eine besonders homogene Flächenerwärmung sichergestellt. Der Kunststoff ist vorzugsweise gießbar, was einer einfacheren Verarbeitung zuträglich ist.
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Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Induktor zumindest lokal erwärmt und an eine lokale Geometrie eines zu erwärmenden Bereichs eines Werkstücks angepasst wird. Die Erwärmung des Induktors bewirkt dabei, dass dieser leichter in seiner Form veränderbar ist, wobei er einfach und schnell an die lokale Geometrie des zu erwärmenden Bereichs des Werkstücks angepasst werden kann. Insbesondere werden vorzugsweise die Windungen des Induktors beziehungsweise der Induktionsspule zumindest teilweise erwärmt, die dann – vorzugsweise manuell – an die Kontur des Werkstücks angepasst werden können. Die Anpassung an dessen lokale Geometrie erfolgt bevorzugt durch Biegen, insbesondere durch Biegen der Windungen des Induktors.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Induktor zumindest lokal erwärmt wird, wobei ein Windungsabstand des Induktors lokal verändert wird. Hierdurch ist es möglich, den Windungsabstand flexibel an gewünschte Bedingungen in dem zu erwärmenden Bereich anzupassen. Insbesondere kann das von dem Induktor beziehungsweise der Induktionsspule erzeugte Wechselfeld durch Variation des Windungsabstands geändert werden, wobei lokal eine Feldliniendichte erhöht oder erniedrigt werden kann. Dadurch ist es möglich, in dem zu erwärmenden Bereich lokal höhere oder niedrigere Temperaturen zu erzielen als im Mittel über den gesamten zu erwärmenden Bereich. Während also im Allgemeinen eine möglichst homogene Flächenerwärmung erzielt wird, ist es für bestimmte Anwendungen, in denen dies bevorzugt wird, möglich, gezielt Bereiche mit überhöhter oder erniedrigter Feldstärke vorzusehen, sodass eine lokale Temperaturanpassung für den zu erwärmenden Bereich resultiert.
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Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Induktor mit Hilfe eines Heißluftföhns zumindest lokal erwärmt wird. Dies ist eine besonders einfache und kostengünstige Vorgehensweise, um den Induktor zumindest bereichsweise, bevorzugt auch global an eine Geometrie des zu erwärmenden Bereichs anzupassen. Dabei wird der Induktor bevorzugt gezielt lokal erwärmt, nämlich in solchen Bereichen, die gerade umgeformt werden sollen. Das Umformen erfolgt bevorzugt durch Biegen und besonders bevorzugt manuell.
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Schließlich wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass der Induktor durch Spritzgießen hergestellt wird. Dies ist eine besonders einfache und kostengünstige Möglichkeit, den Induktor aus einem plastifizierbaren, elektrisch leitenden Kunststoff herzustellen. Vorzugsweise wird dabei ein Standardinduktor mit einer Standardform erzeugt, der anschließend durch selektive Umformung auf eine gewünschte Halbzeugform individuell zugeschnitten wird. Dabei ist es auch möglich, den Induktor immer wieder neu durch Erwärmen, insbesondere durch gezieltes lokales Erwärmen auf verschiedene Halbzeugformen abzustimmen. Der Induktor ist also keineswegs nur zur einmaligen Verwendung für eine einzige Halbzeugform bestimmt.
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Zur Herstellung des Induktors wird vorzugsweise ein Thermoplast verwendet, das sich bereits nach mäßiger Erwärmung, insbesondere einer Erwärmung, wie sie durch einen Heißluftföhn rasch und einfach bewirkt werden kann, verformen lässt. Dabei wird jedoch vorzugsweise darauf geachtet, dass das Thermoplast nicht bereits bei Temperaturen verformbar ist, wie sie im Betrieb des Induktors, mithin beim Erwärmen umzuformender Werkstücke im Bereich des Induktors erreicht werden. Andernfalls würde der Induktor bei seinem bestimmungsgemäßen Einsatz seine Form verlieren, was vorzugsweise durch entsprechende Wahl des Kunststoffs verhindert wird.
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Der Induktor kann aus einem Vollmaterial bestehen, insbesondere dann, wenn das gewählte Kunststoffmaterial bezüglich der Temperaturen, die für das Erhitzen des Bauteils erforderlich sind, temperaturbeständig ist, so dass von einer Kühlung des Induktors abgesehen werden kann. Es ist auch eine rohrförmige Ausbildung des Induktors denkbar, bei der eine Kühlung möglich ist, was die Wahl des Kunststoffs zur Bildung eines Induktors variabler macht, wozu auch preiswertere Kunststoffmaterialien mit geringeren Temperaturbeständigkeiten verwandt werden können.
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Es zeigt sich, dass das Verfahren sehr kostengünstig durchgeführt werden kann, weil eine gewünschte Endform des Induktors nicht bereits bei dessen Herstellung berücksichtigt werden muss. Vielmehr sind insbesondere durch Spritzgießen Standardgeometrien, bevorzugt ebene Induktoren herstellbar, die dann flexibel und individuell auf die zu erwärmenden Werkstückgeometrien angepasst werden können. Insbesondere ist es möglich, einen solchen Induktor quasi unmittelbar an dem umzuformenden Werkstück auf dessen Geometrie hin anzupassen, sodass es möglich ist, eine insbesondere manuelle, praktische Geometrieanpassung durchzuführen, ohne zuvor die gewünschte Form theoretisch erfassen und/oder in einem Umformwerkzeug abbilden zu müssen.
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Die Aufgabe wird auch gelöst, indem ein Induktor mit den Merkmalen des Anspruchs 6 geschaffen wird. Der Induktor zur lokalen induktiven Erwärmung eines Werkstücks zeichnet sich dadurch aus, dass er einen plastifizierbaren, elektrisch leitenden Kunststoff umfasst. Vorzugsweise besteht er aus dem plastifizierbaren, elektrisch leitenden Kunststoff. Damit verwirklichen sich in Zusammenhang mit dem Induktor die Vorteile, die bereits in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurden.
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Schließlich wird ein Induktor bevorzugt, der sich dadurch auszeichnet, dass er durch ein Verfahren nach einer der zuvor beschriebenen Ausführungsformen hergestellt ist. Insofern verwirklicht der Induktor als Vorrichtungsmerkmale die Merkmale, die durch das Herstellungsverfahren vorgegeben sind. Damit verwirklichen sich zugleich die in Zusammenhang mit dem Verfahren erläuterten Vorteile.
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Die Leitfähigkeit elektrisch leitfähiger Kunststoffe ist allerdings begrenzt, insbesondere im Vergleich zu metallischen Leitern. Vorzugsweise wird der Induktor daher bei Werkstücken, insbesondere Blechhalbzeugen eingesetzt, die keine besonders hohe Erwärmung benötigen, um sich umformen zu lassen.
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Insgesamt zeigt sich, dass mit Hilfe des Verfahrens ein Induktor herstellbar ist, der rasch und flexibel an die Geometrie eines zu erwärmenden Bereichs eines Werkstücks, insbesondere eines Blechhalbzeugs, angepasst werden kann. Hierdurch wird eine homogene Erwärmung und damit auch eine gleichmäßige Umformung des Werkstücks gewährleistet, wobei der Induktor kostengünstig herstellbar und flexibel anpassbar ist.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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