DE102016211321A1 - Induction heating device, device with at least one induction heating device and method for inductive heating of components or a component material - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs, insbesondere zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, umfassend mindestens zwei Induktionsspulen (12, 14) mit jeweils mindestens einer Windung (24, 26), wobei die Windungen (24, 26) der Induktionsspulen (12, 14) nebeneinander und beweglich zueinander angeordnet sind, derart, dass sie mindestens eine induktiv zu erwärmende Arbeitszone (16, 18) zumindest teilweise begrenzen. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils und ein Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs. The invention relates to an induction heating device for use in a method for inductive heating of components or a component material, in particular for producing a component of a turbomachine, comprising at least two induction coils (12, 14) each having at least one turn (24, 26), wherein the turns (24, 26) of the induction coils (12, 14) are arranged side by side and movable relative to each other, such that they at least partially limit at least one working zone (16, 18) to be inductively heated. The invention further relates to a device for the additive production of at least one component region of a component and to a method for the inductive heating of components or a component material.
Description
Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs, insbesondere zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, insbesondere eines Flugzeugtriebwerks, umfassend mindestens zwei Induktionsspulen mit jeweils mindestens einer Windung. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils und ein Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs. The invention relates to an induction heating device for use in a method for inductive heating of components or a component material, in particular for producing a component of a turbomachine, in particular an aircraft engine, comprising at least two induction coils each having at least one turn. The invention further relates to a device for the additive production of at least one component region of a component and to a method for the inductive heating of components or a component material.
Verfahren und Vorrichtungen zur Herstellung von einzelnen Bauteilbereichen oder vollständigen Bauteilen sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere sind additive bzw. generative Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping-Verfahren) bekannt, bei denen das Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut wird. Vorwiegend metallische Bauteile können beispielsweise durch Laser- bzw. Elektronenstrahlschmelzverfahren hergestellt werden. Dabei wird zunächst schichtweise mindestens ein pulverförmiger Bauteilwerkstoff im Bereich einer Aufbau- und Fügezone aufgetragen, um eine Pulverschicht zu bilden. Anschließend wird der Bauteilwerkstoff lokal verfestigt, indem dem Bauteilwerkstoff im Bereich der Aufbau- und Fügezone Energie mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls zugeführt wird, wodurch der Bauteilwerkstoff schmilzt und eine Bauteilschicht bildet. Der Hochenergiestrahl wird dabei in Abhängigkeit einer Schichtinformation der jeweils herzustellenden Bauteilschicht gesteuert. Die Schichtinformationen werden üblicherweise aus einem 3D-CAD-Körper des Bauteils erzeugt und in einzelne Bauteilschichten unterteilt. Nach dem Verfestigen des geschmolzenen Bauteilwerkstoffs wird die Bauplattform schichtweise um eine vordefinierte Schichtdicke abgesenkt. Danach werden die genannten Schritte bis zur endgültigen Fertigstellung des gewünschten Bauteilbereichs oder des gesamten Bauteils wiederholt. Der Bauteilbereich bzw. das Bauteil kann dabei grundsätzlich auf einer Bauplattform oder auf einem bereits erzeugten Teil des Bauteils oder Bauteilbereichs hergestellt werden. Die Vorteile dieser additiven Fertigung liegen insbesondere in der Möglichkeit, sehr komplexe Bauteilgeometrien mit Hohlräumen, Hinterschnitten und dergleichen im Rahmen eines einzelnen Verfahrens herstellen zu können. Methods and apparatus for making individual component areas or complete components are known in a wide variety. In particular, additive or additive manufacturing methods (so-called rapid manufacturing or rapid prototyping methods) are known in which the component, which may be, for example, a component of a turbomachine or an aircraft engine, is built up in layers. Predominantly metallic components can be produced, for example, by laser or electron beam melting methods. In this case, at least one powdered component material is initially applied in layers in the region of a buildup and joining zone, in order to form a powder layer. Subsequently, the component material is locally solidified by supplying energy to the component material in the region of the assembly and joining zone by means of at least one high-energy beam, whereby the component material melts and forms a component layer. The high-energy beam is controlled in dependence on a layer information of the component layer to be produced in each case. The layer information is usually generated from a 3D CAD body of the component and subdivided into individual component layers. After solidification of the molten component material, the construction platform is lowered in layers by a predefined layer thickness. Thereafter, the said steps are repeated until the final completion of the desired component area or the entire component. The component region or the component can in principle be produced on a construction platform or on an already produced part of the component or component region. The advantages of this additive manufacturing are, in particular, the possibility of being able to produce very complex component geometries with cavities, undercuts and the like within the scope of a single method.
Des Weiteren sind Verfahren und Vorrichtungen zum Fügen von Bauelementen mittels Nieder- oder Hochfrequenzpressschweißens bekannt. So offenbart die
Grundsätzlich stellt sich bei Verfahren zur induktiven Erwärmung von metallischen Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs das Problem, dass eine gleichmäßige Erwärmung der zu bearbeitenden und verbindenden Bauelemente oder des Bauteilwerkstoffs und der daraus herzustellenden Bauteile unabhängig von deren Querschnitt und/oder Geometrie nur sehr schwer erreichbar ist. Eine gleichmäßige Erwärmung ist aber von entscheidender Bedeutung für die Qualität des fertiggestellten Bauteils. Bisherige Verfahren und Vorrichtung passen die Geometrie der Induktionsspule an die jeweilige Heizsituation an. Ein Wechsel oder eine Anpassung der Induktionsspulen bei jeder Veränderung der Geometrie und/oder des Querschnitts des herzustellenden Bauteils ist jedoch aufwändig und unwirtschaftlich. In principle, in the case of methods for inductive heating of metallic components or of a component material, the problem arises that uniform heating of the components to be machined and connected or of the component material and the components to be produced thereof is very difficult to achieve, regardless of their cross-section and / or geometry. Uniform heating is crucial for the quality of the finished component. Previous methods and apparatus adapt the geometry of the induction coil to the respective heating situation. However, a change or adaptation of the induction coils with each change in the geometry and / or the cross-section of the component to be produced is complicated and uneconomical.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine gattungsgemäße Induktionsheizvorrichtung, eine gattungsgemäße Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils und ein gattungsgemäßes Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs bereitzustellen, bei denen eine gleichmäßige Erwärmung von miteinander zu fügenden metallischen Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs und der daraus herzustellenden Bauteile unabhängig von deren Querschnitt und/oder Geometrie in einer wirtschaftlichen Art und Weise gewährleistet ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechend gefertigtes Bauteil mit einer verbesserten Qualität bereitzustellen. It is therefore an object of the present invention to provide a generic induction heating device, a generic device for the additive production of at least one component region of a component and a generic method for inductive heating of components or a component material, in which a uniform heating of metal components to be joined or a component material and the components to be produced therefrom, regardless of their cross-section and / or geometry is ensured in an economical manner. Another object of the invention is to provide a correspondingly manufactured component with improved quality.
Die Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Induktionsheizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, ein verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen Weiterbildungen der Erfindung sind in den jeweiligen Unteransprüchen angegeben, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen jedes Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen der jeweils anderen Erfindungsaspekte anzusehen sind. The objects are achieved by an induction heating with the features of claim 1, by a device having the features of claim 9, a method with the features of claim 11 and by a component according to claim 15. Advantageous embodiments with expedient developments of the invention are specified in the respective subclaims, wherein advantageous embodiments of each invention aspect are to be regarded as advantageous embodiments of the respective other aspects of the invention.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung zur Verwendung in einem Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs, insbesondere zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, umfassend mindestens zwei Induktionsspulen mit jeweils mindestens einer Windung. Dabei sind die Windungen der Induktionsspulen nebeneinander und beweglich zueinander angeordnet, derart, dass sie mindestens eine induktiv zu erwärmende Arbeitszone zumindest teilweise begrenzen. Durch die Ausbildung der Windungen der zumindest zwei Induktionsspulen nebeneinander und deren bewegliche Anordnung zueinander kann die induktiv zu erwärmende Arbeitszone in ihrer Flächenausdehnung und Geometrie ohne weiteres variiert werden. Dies betrifft sowohl die zweidimensionale wie auch eine dreidimensionale Ausgestaltung des induktiv zu erwärmenden Heizfelds beziehungsweise der induktiv zu erwärmenden Arbeitszone. Durch die Variation der Arbeitszone und deren Anpassung an den Querschnitt und/oder die Geometrie der herzustellenden Bauteile kann eine homogene Wärmeverteilung in der durch die Windungen der Induktionsspule zumindest teilweise umschlossenen Arbeitszone hergestellt werden. Dadurch kann eine hohe Qualität des fertiggestellten Bauteils gewährleistet werden. Zudem ist kein Wechsel oder eine Anpassung der Induktionsspulen bei einer Veränderung der Geometrie und/oder des Querschnitts des herzustellenden Bauteils notwendig. Das Bauteil kann einfach und wirtschaftlich hergestellt werden. Unter dem Begriff „begrenzen“ wird auch verstanden, dass die Windungen der Induktionsspulen die Arbeitszone definieren oder zumindest teilweise umfassen. A first aspect of the invention relates to an induction heating apparatus for use in a method for inductively heating components or a component material, in particular for producing a component of a turbomachine, comprising at least two induction coils each having at least one turn. In this case, the turns of the induction coils are arranged side by side and movable relative to one another, such that they at least partially limit at least one working zone to be heated inductively. As a result of the formation of the turns of the at least two induction coils next to one another and their movable arrangement relative to one another, the work zone to be inductively heated can be readily varied in its surface area and geometry. This applies both to the two-dimensional as well as a three-dimensional design of the heating field to be heated inductively or the work zone to be inductively heated. By varying the working zone and adapting it to the cross-section and / or the geometry of the components to be produced, it is possible to produce a homogeneous heat distribution in the working zone at least partially enclosed by the windings of the induction coil. As a result, a high quality of the finished component can be ensured. In addition, no change or adaptation of the induction coils in a change in the geometry and / or the cross-section of the component to be produced is necessary. The component can be produced easily and economically. The term "limiting" also means that the turns of the induction coils define or at least partially cover the working zone.
In weiteren vorteilhaften Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung ist die Arbeitszone eine Aufbau- und Fügezone einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils. Bei der additiven Herstellung von metallischen Bauteilen ist mit der erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung ein insbesondere homogenes Vorheizen einer variablen Arbeitszone beziehungsweise Aufbau- und Fügezone über einer entsprechenden Bauplattform möglich. Insbesondere bei additiven Herstellungsverfahren, wie zum Beispiel das selektive Laserschmelzen (SLM) ist die zu schweißende Fläche beziehungsweise Bauteilschicht von Schicht zu Schicht verschieden. Hierbei wäre ein jeweiliger Wechsel beziehungsweise ein jeweiliges Anpassen der Induktionsspulen an die einzelne Bauteilschicht umständlich und unwirtschaftlich. Dies wird durch die erfindungsgemäße Induktionsheizvorrichtung vorteilhafterweise vermieden, da die Aufbau- und Fügezone durch die Beweglichkeit beziehungsweise Verfahrbarkeit der Windungen der Induktionsspulen zueinander dem entsprechenden Querschnitt und/oder der entsprechenden Geometrie des herzustellenden Bauteils in den einzelnen Bauteilschichten ohne Weiteres angepasst werden kann. Bei bekannten Induktionsheizvorrichtungen, bei denen zum Beispiel zwei Induktionsspulen übereinander und kreuzweise angeordnet sind, kann die Arbeitszone beziehungsweise die induktiv zu erwärmende Aufbau- und Fügezone nicht variiert werden. Dies ist insbesondere nachteilig, da ein Laserstrahl immer auf den fixierten Bereich der gekreuzten Induktionsspulen gerichtet sein muss, um die entsprechenden Werkstoffschichten zu Bauteilschichten verschweißen zu können. Durch die erfindungsgemäße Möglichkeit der Variation der Arbeitszone kann unabhängig von der Position der Induktionsheizvorrichtung innerhalb eines Bauraums über der Bauplattform geschweißt werden. Es ergibt sich eine deutlich verbesserte Kollisionsvermeidung mit dem Laserstrahl. In further advantageous embodiments of the induction heating device according to the invention, the working zone is a construction and joining zone of a device for the additive production of at least one component region of a component. In the case of the additive production of metallic components, it is possible with the induction heating device according to the invention to achieve, in particular, homogeneous preheating of a variable working zone or assembly and joining zone over a corresponding construction platform. In particular, in additive manufacturing processes, such as, for example, selective laser melting (SLM), the surface or component layer to be welded is different from layer to layer. In this case, a respective change or a respective adaptation of the induction coils to the individual component layer would be cumbersome and uneconomical. This is advantageously avoided by the induction heating device according to the invention, since the assembly and joining zone can be easily adapted to the corresponding cross section and / or the corresponding geometry of the component to be produced in the individual component layers by the mobility or movability of the turns of the induction coils. In known induction heating devices in which, for example, two induction coils are arranged one above the other and in a crosswise manner, the working zone or the induction and assembly and joining zone to be heated inductively can not be varied. This is particularly disadvantageous because a laser beam must always be directed to the fixed region of the crossed induction coils in order to weld the corresponding material layers to component layers can. Due to the inventive possibility of varying the working zone can be welded regardless of the position of the induction heater within a space above the build platform. This results in a significantly improved collision avoidance with the laser beam.
Des Weiteren besteht die Möglichkeit, dass wenigstens eine Windung der Induktionsspule in einer Ebene ungefähr parallel zu einer Bauplattform einer Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen und/oder ungefähr senkrecht dazu verfahrbar ausgebildet ist. Auch weitere Bewegungsrichtungen, die zwischen einem horizontalen und vertikalen Verfahren liegen, sind denkbar. Eine derartige Anordnung gewährleistet eine konstruktiv relativ einfache Anordnung der Induktionsheizvorrichtung innerhalb eines Bautraums der Vorrichtung zur additiven Herstellung von Bauteilen. Furthermore, there is the possibility that at least one turn of the induction coil in a plane approximately parallel to a construction platform of a device for the generative production of components and / or is designed to be approximately perpendicularly movable. Other directions of movement that lie between a horizontal and vertical methods are conceivable. Such an arrangement ensures a structurally relatively simple arrangement of the induction heating device within a construction space of the device for the additive production of components.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung sind die nebeneinander angeordneten Windungen der Induktionsspulen in einer Ebene und/oder in unterschiedlichen Ebenen zueinander angeordnet. Je nach Anzahl der Windungen ergeben sich entweder eine zweidimensionale Ausgestaltung der induktiv zu erwärmenden Arbeitszone oder aber auch die Ausbildung einer dreidimensional ausgebildeten Arbeitszone beziehungsweise Heizzone. Durch eine derartige Ausgestaltung der Induktionsspulen kann die Arbeitszone nicht nur an den Querschnitt und/oder die Geometrie des herzustellenden Bauteils angepasst werden. Vielmehr besteht zudem zu Möglichkeit, die Eindringtiefe der Erwärmung individuell für jeden Arbeitsschritt zu definieren. Insbesondere ergibt sich dadurch auch eine besonders homogene Wärmeverteilung innerhalb der zwei- oder dreidimensional ausgebildeten Arbeitszone. In a further advantageous embodiment of the induction heater according to the invention, the adjacent turns of the induction coils are arranged in a plane and / or in different planes to each other. Depending on the number of turns, either a two-dimensional configuration of the work zone to be heated inductively, or else the formation of a three-dimensional work zone or heating zone. Such a configuration of the induction coils, the working zone can be adapted not only to the cross-section and / or the geometry of the component to be produced. Rather, it is also possible to define the penetration depth of the heating individually for each step. Especially This results in a particularly homogeneous heat distribution within the two- or three-dimensional working zone.
Entsprechendes gilt für die Ausbildung zumindest einer Induktionsspule als verfahrbar. Mit zumindest einer verfahrbar ausgebildeten Induktionsspule kann die induktiv zu erwärmende Arbeitszone sowohl in ihrer zwei- wie auch ihrer dreidimensionalen Ausgestaltung variiert werden. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass beide oder alle vorhandenen Induktionsspulen unabhängig voneinander bewegt werden können. The same applies to the formation of at least one induction coil as movable. With at least one movable designed induction coil, the work zone to be heated inductively can be varied both in its two- as well as its three-dimensional configuration. But there is also the possibility that both or all existing induction coils can be moved independently.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Induktionsheizvorrichtung umfasst die Induktionsheizvorrichtung mindestens eine Steuereinheit zur Steuerung der Position der Induktionsspulen zueinander. Insbesondere ist dabei die Steuereinheit dazu ausgelegt, die Position der wenigstens zwei Induktionsspulen zueinander und damit die Ausgestaltung der Arbeitszone einem Querschnitt und/oder einer Geometrie der zu erwärmenden Bauelemente oder dem Querschnitt und/oder der Geometrie eines aus dem Bauteilwerkstoff herzustellenden Bauteils, anzupassen. Die Steuereinheit ist zudem programmierbar ausgebildet, sodass bereits vor dem induktiven Erwärmen der Bauelemente oder des Bauteilwerkstoffs die entsprechenden Bewegungsabläufe der Induktionsspulen zueinander entsprechend dem Querschnitt und/oder der Geometrie des herzustellenden Bauteils vorbestimmt werden können. Vorteilhafterweise ist damit ein automatisierter Verfahrensablauf möglich. In a further advantageous embodiment of the induction heating device according to the invention, the induction heating device comprises at least one control unit for controlling the position of the induction coils relative to one another. In particular, the control unit is designed to adapt the position of the at least two induction coils to one another and thus the configuration of the working zone to a cross section and / or a geometry of the components to be heated or the cross section and / or the geometry of a component to be manufactured from the component material. The control unit is also designed to be programmable, so that even before the inductive heating of the components or the component material, the corresponding movements of the induction coils can be predetermined to each other according to the cross section and / or the geometry of the component to be produced. Advantageously, an automated process sequence is thus possible.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, wobei die Vorrichtung mindestens eine Induktionsheizvorrichtung mit mindestens zwei Induktionsspulen mit jeweils mindestens einer Windung umfasst. Dabei sind die Windungen der Induktionsspulen nebeneinander und beweglich zueinander angeordnet, derart, dass sie mindestens eine induktiv zu erwärmende Arbeitszone zumindest teilweise begrenzen. Dadurch besteht die Möglichkeit, dass die Arbeitszone, nämlich eine Aufbau- und Fügezone überhalb einer Bauplattform an den Querschnitt und/oder die Geometrie des herzustellenden Bauteils innerhalb jeder Bauteilschicht ohne weiteres angepasst werden kann. Dadurch kann die Aufbau- und Fügezone homogen erwärmt werden, wodurch sich insbesondere eine verbesserte Qualität des herzustellenden Bauteils ergibt. A second aspect of the invention relates to a device for the additive production of at least one component region of a component, in particular of a component of a turbomachine, wherein the device comprises at least one induction heating device with at least two induction coils each having at least one turn. In this case, the turns of the induction coils are arranged side by side and movable relative to one another, such that they at least partially limit at least one working zone to be heated inductively. As a result, there is the possibility that the working zone, namely an assembly and joining zone above a construction platform, can be adapted to the cross section and / or the geometry of the component to be produced within each component layer without further ado. As a result, the assembly and joining zone can be heated homogeneously, resulting in particular in an improved quality of the component to be produced.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfasst diese mindestens eine Temperaturmesseinrichtung für eine kontinuierliche oder nicht kontinuierliche Temperaturmessung des Bauteilwerkstoffs und/oder der Bauteilschicht zumindest im Bereich der Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung. Durch die Temperaturmesseinrichtung kann vorteilhafterweise die Temperatur innerhalb der Aufbau- und Fügezone kontrolliert werden. Bei Abweichungen kann zum Beispiel durch eine Bewegung der Induktionsspulen relativ zueinander die Intensität des induktiven Erwärmungsfeldes in der Arbeitszone variiert und angepasst werden. Dies resultiert vorteilhafterweise in einer homogeneren Ausprägung des induktiven Temperaturfeldes während der gesamten additiven Herstellung des Bauteils. In a further advantageous embodiment of the device according to the invention, this comprises at least one temperature measuring device for a continuous or non-continuous temperature measurement of the component material and / or the component layer at least in the region of the assembly and joining zone of the device. The temperature measuring device can advantageously control the temperature within the assembly and joining zone. In the case of deviations, for example, the intensity of the inductive heating field in the working zone can be varied and adjusted by moving the induction coils relative to each other. This advantageously results in a more homogeneous expression of the inductive temperature field during the entire additive production of the component.
Weitere Merkmale und Vorteile der Vorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt gehen aus der Beschreibung des ersten Erfindungsaspekts hervor, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. Further features and advantages of the device according to the second aspect of the invention will become apparent from the description of the first aspect of the invention, wherein advantageous embodiments of the first aspect of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauelementen oder eines Bauteilwerkstoffs, insbesondere zur Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, umfassend zumindest folgende Schritte: Bereitstellung wenigstens einer Induktionsheizvorrichtung umfassend mindestens zwei Induktionsspulen mit jeweils mindestens einer Windung, wobei die Windungen der Induktionsspulen nebeneinander und beweglich zueinander angeordnet sind, und Verfahren wenigstens einer Induktionsspule zur zumindest teilweisen Begrenzung und Definition von mindestens einer induktiv zu erwärmenden Arbeitszone. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es, die induktiv zu erwärmende Arbeitszone zu variieren, insbesondere dem Querschnitt und/oder der Geometrie des herzustellenden Bauteils anzupassen. Damit entfällt die bisherige Notwendigkeit des Wechselns oder des Anpassens der Induktionsspulen an den Querschnitt und/oder die Geometrie der herzustellenden Bauteile. Das Verfahren kann somit einfach und wirtschaftlich betrieben werden. Zudem ist gewährleistet, dass eine homogene Wärmeverteilung auf variablen Flächen durchgeführt werden kann. Die Induktionsspulen können dabei unabhängig voneinander bewegt werden. Es besteht zudem die Möglichkeit, dass nur eine der Induktionsspulen gegenüber der anderen Induktionsspule verfahrbar ist. Das Verfahren der wenigstens einen Induktionsspule kann dabei derart gestaltet werden, dass sich eine annähernd homogene Wärmeverteilung in zumindest einem Teilbereich der Arbeitszone ergibt. Dabei kann die Wärmeverteilung in zumindest dem Teilbereich der Arbeitszone mittels mindestens einer Temperaturmesseinrichtung gemessen werden. Aufgrund der gemessenen Temperaturdaten kann die Stellung der Induktionsspulen zueinander jederzeit geändert werden, um auch bei unterschiedlichen Querschnitten und/oder Geometrien der herzustellenden Bauteile eine annähernd homogene Wärmeverteilung in zumindest dem genannten Teilbereich der Arbeitszone, insbesondere in nahzu der kompletten Arbeitszone, zu erzielen. A third aspect of the invention relates to a method for inductively heating components or a component material, in particular for producing a component of a turbomachine, comprising at least the following steps: providing at least one induction heating device comprising at least two induction coils each having at least one turn, wherein the turns of the induction coils side by side and movable to each other, and at least one induction coil method for at least partially limiting and defining at least one inductively heated working zone. The method according to the invention makes it possible to vary the work zone to be inductively heated, in particular to adapt the cross section and / or the geometry of the component to be produced. This eliminates the previous need to change or adapt the induction coils to the cross-section and / or the geometry of the components to be produced. The method can thus be operated simply and economically. In addition, it is ensured that a homogeneous heat distribution can be carried out on variable surfaces. The induction coils can be moved independently of each other. There is also the possibility that only one of the induction coils is movable relative to the other induction coil. The method of the at least one induction coil can be designed such that an approximately homogeneous heat distribution results in at least a portion of the working zone. In this case, the heat distribution in at least the partial area of the working zone can be measured by means of at least one temperature measuring device. Due to the measured temperature data, the position of the induction coils can be changed at any time to each other, even at different cross-sections and / or Geometries of the components to be produced to achieve an approximately homogeneous heat distribution in at least the said portion of the working zone, in particular in almost the entire working zone.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position der wenigstens zwei Windungen der wenigstens zwei Induktionsspulen zueinander sowie deren Verfahren und damit die Ausgestaltung der Arbeitszone einer Geometrie und/oder einem Querschnitt der zu erwärmenden Bauelemente oder der Geometrie und/oder dem Querschnitt eines aus dem Bauteilwerkstoff herzustellenden Bauteils, mittels mindestens einer Steuervorrichtung gesteuert. Die Steuervorrichtung ist dabei derart einstellbar beziehungsweise programmierbar, dass bereits vor der Erwärmung beziehungsweise Herstellung der Bauteile ein notwendiges Verfahren der Induktionsspulen zueinander vorbestimmt und definiert werden kann. Damit ist jederzeit eine homogenere Ausprägung des Temperaturfeldes innerhalb der Arbeitszone in Abhängigkeit des Querschnitts und/oder der Geometrie des herzustellenden Bauteils und ein automatisierter Verfahrensablauf möglich. In a further advantageous embodiment of the method according to the invention, the position of the at least two turns of the at least two induction coils to one another and their methods and thus the design of the working zone of a geometry and / or a cross section of the components to be heated or the geometry and / or the cross section of the component material to be produced component, controlled by at least one control device. The control device is adjustable or programmable in such a way that a necessary method of the induction coils can be predetermined and defined relative to each other even before the heating or production of the components. Thus, at any time a more homogeneous expression of the temperature field within the work zone as a function of the cross section and / or the geometry of the component to be produced and an automated procedure is possible.
Weitere Merkmale und deren Vorteile des Verfahrens gemäß dem dritten Erfindungsaspekts gehen aus der Beschreibung des ersten und des zweiten Erfindungsaspekts hervor, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. Further features and their advantages of the method according to the third aspect of the invention will become apparent from the description of the first and second aspect of the invention, wherein advantageous embodiments of the first and second aspects of the invention are to be regarded as advantageous embodiments of the third aspect of the invention and vice versa.
Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere ein Verdichter- oder Turbinenbauteil, wobei eine hohe Oberflächenqualität des Bauteils erfindungsgemäß dadurch sichergestellt wird, dass dieses zumindest bereichsweise oder vollständig mittels einer Induktionsvorrichtung gemäß dem ersten Erfindungsaspekt und/oder mittels einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Erfindungsaspekt und/oder einem Verfahren gemäß dem dritten Erfindungsaspekt erhalten ist. Das Verdichter- oder Turbinenbauteil gehört hier insbesondere zu einem Flugzeugtriebwerk oder einer stationären Gasturbiene. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile gehen aus der Beschreibung des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts hervor, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. A fourth aspect of the invention relates to a component for a turbomachine, in particular a compressor or turbine component, wherein a high surface quality of the component is ensured according to the invention that this at least partially or completely by means of an induction device according to the first aspect of the invention and / or by means of a device according to the second aspect of the invention and / or a method according to the third aspect of the invention is obtained. The compressor or turbine component belongs here in particular to an aircraft engine or a stationary gas turbine. The resulting features and their advantages will become apparent from the description of the first, second and third aspects of the invention, with advantageous embodiments of the first, second and third aspect of the invention to be regarded as advantageous embodiments of the fourth aspect of the invention and vice versa.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen, sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Es sind somit auch Ausführungen von der Erfindung als umfasst und offenbart anzusehen, die in den Figuren nicht explizit gezeigt und erläutert sind, jedoch durch separierte Merkmalskombinationen aus den erläuterten Ausführungen hervorgehen und erzeugbar sind. Es sind auch Ausführungen und Merkmalskombinationen als offenbart anzusehen, die somit nicht alle Merkmale eines ursprünglich formulierten unabhängigen Anspruchs aufweisen. Dabei zeigt: Further features of the invention will become apparent from the claims, the figures and the description of the figures. The features and feature combinations mentioned above in the description, as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures, can be used not only in the respectively specified combination but also in other combinations without the scope of the invention leave. Thus, embodiments of the invention are to be regarded as encompassed and disclosed, which are not explicitly shown and explained in the figures, however, emerge and can be produced by separated combinations of features from the embodiments explained. Embodiments and combinations of features are also to be regarded as disclosed, which thus do not have all the features of an originally formulated independent claim. Showing:
Die Bewegungspfeile
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Windungen
Des Weiteren erkennt man, dass die Induktionsspulen
Die
Die in den Unterlagen angegebenen Parameterwerte zur Definition von Prozess- und Messbedingungen für die Charakterisierung von spezifischen Eigenschaften des Erfindungsgegenstands sind auch im Rahmen von Abweichungen – beispielsweise aufgrund von Messfehlern, System- fehlern, DIN-Toleranzen und dergleichen – als vom Rahmen der Erfindung mitumfasst anzusehen. The parameter values given in the documents for defining process and measurement conditions for the characterization of specific properties of the subject matter of the invention are also to be considered within the scope of deviations - for example due to measurement errors, system errors, DIN tolerances and the like - as being within the scope of the invention ,
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 10 10
- Vorrichtung contraption
- 12 12
- Erste Induktionsspule First induction coil
- 14 14
- Zweite Induktionsspule Second induction coil
- 16 16
- Arbeitszone work zone
- 16a 16a
- Arbeitszone work zone
- 16b 16b
- Arbeitszone work zone
- 18 18
- Arbeitszone work zone
- 20 20
- Anschlußvorrichtung connecting device
- 22 22
- Anschlußvorrichtung connecting device
- 24 24
- Windung convolution
- 26 26
- Windung convolution
- 28 28
- Bewegungspfeil movement arrow
- 30 30
- Bewegungspfeil movement arrow
- 32 32
- Bewegungspfeil movement arrow
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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- EP 1112141 B1 [0003] EP 1112141 B1 [0003]
- EP 1140417 B1 [0003] EP 1140417 B1 [0003]
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