DE102018203273A1

DE102018203273A1 - Induction heating device, apparatus for the additive production of at least one component region of a component with such an induction heating device, method for inductive heating of a component region and component for a turbomachine

Info

Publication number: DE102018203273A1
Application number: DE102018203273.4A
Authority: DE
Inventors: Johannes Casper; Herbert Hanrieder; Jana Barabas
Original assignee: MTU Aero Engines AG
Current assignee: MTU Aero Engines AG
Priority date: 2018-03-06
Filing date: 2018-03-06
Publication date: 2019-09-12

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung (10), insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung (100) zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs (12) eines Bauteils (14), umfassend mindestens zwei Induktionsspulen (30, 50), von welchen eine erste Induktionsspule (30) zumindest eine erste Spulenwindung (32) und eine zweite Induktionsspule (50) zumindest eine zweite Spulenwindung (52) aufweist. Die zumindest eine erste Spulenwindung (32) und die zumindest eine zweite Spulenwindung (52) sind miteinander verschränkt und bilden dadurch einen sich wenigstens bereichsweise durch die mindestens zwei Induktionsspulen (30, 50) erstreckenden Innenraum (80) aus. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Vorrichtung (100) zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs (12) eines Bauteils (14), umfassend mindestens eine Induktionsheizvorrichtung (10), ein Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Bauteilbereichs (12) und/oder eines Bauteilwerkstoffs sowie ein Bauteil (14) für eine Strömungsmaschine.

The invention relates to an induction heating device (10), in particular for use in a device (100) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14) comprising at least two induction coils (30, 50), of which a first induction coil (30 ) at least one first coil turn (32) and a second induction coil (50) has at least one second coil turn (52). The at least one first coil turn (32) and the at least one second coil turn (52) are entangled with each other and thereby form an interior (80) extending at least partially through the at least two induction coils (30, 50). Further aspects of the invention relate to a device (100) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14) comprising at least one induction heating device (10), a method for inductive heating of a component region (12) and / or a component material and a Component (14) for a turbomachine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Induktionsheizvorrichtung, insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, umfassend mindestens zwei Induktionsspulen, von welchen eine erste Induktionsspule zumindest eine erste Spulenwindung und eine zweite Induktionsspule zumindest eine zweite Spulenwindung aufweist. Weitere Aspekte der Erfindung betreffen eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, ein Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Bauteilbereichs sowie ein Bauteil für eine Strömungsmaschine.The invention relates to an induction heating apparatus, in particular for use in a device for the additive production of at least one component region of a component, comprising at least two induction coils, of which a first induction coil has at least one first coil turn and a second induction coil has at least one second coil turn. Further aspects of the invention relate to a device for the additive production of at least one component region of a component, to a method for inductive heating of a component region and to a component for a turbomachine.

Induktionsheizvorrichtungen, Vorrichtungen mit mindestens einer Induktionsheizvorrichtung sowie Verfahren zur induktiven Erwärmung von Bauteilbereichen oder eines Bauteilwerkstoffs sind in einer großen Vielzahl bekannt. Insbesondere kommen diese auch bei so genannten additiven bzw. generativen Fertigungsverfahren (sog. Rapid Manufacturing- bzw. Rapid Prototyping-Verfahren) zum Einsatz. Bei additiven Fertigungsverfahren wird das Bauteil, bei dem es sich beispielsweise um ein Bauteil einer Strömungsmaschine bzw. eines Flugtriebwerks handeln kann, schichtweise aufgebaut. 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 bzw. sintert und eine Bauteilschicht bildet. Der Hochenergiestrahl wird dabei üblicherweise 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 eine 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.Induction heaters, devices having at least one induction heating device, and methods of inductively heating device regions or component material are known in a wide variety. In particular, these are also used in so-called additive or additive manufacturing processes (so-called rapid manufacturing or rapid prototyping processes). In additive manufacturing processes, the component, which may be, for example, a component of a turbomachine or of 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 or sinters and forms a component layer. In this case, the high-energy beam is usually controlled as a function of 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, a 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.

Eine Vorrichtung zur generativen Herstellung von Bauteilen mittels selektivem Bestrahlen eines Pulverbettes ist aus der EP 2 789 413 A1 bekannt. Die Vorrichtung umfasst mehrere Induktionsspulen, welche unabhängig voneinander relativ zu dem Pulverbett bewegbar sind. Die Induktionsspulen können entlang zweier gekreuzt zueinander angeordneter Schienenanordnungen verschoben und in zueinander gekreuzter Anordnung betrieben werden.A device for the generative production of components by means of selective irradiation of a powder bed is known from EP 2 789 413 A1 known. The device comprises a plurality of induction coils, which are independently movable relative to the powder bed. The induction coils can be displaced along two mutually crossed rail arrangements and operated in a crossed arrangement.

Aus der EP 1 968 355 A1 ist eine Induktionsspule zum induktiven Erwärmen von Werkstücken bekannt. Die Induktionsspule weist eine Mehrzahl von Windungen auf, wobei eine der Windungen teilweise flächig ausgebildet und zur induktiven Beeinflussung durch zumindest einen Teil der übrigen Windungen angeordnet ist.From the EP 1 968 355 A1 an induction coil for inductive heating of workpieces is known. The induction coil has a plurality of turns, wherein one of the turns is partially planar and arranged for inductive influence by at least a portion of the remaining turns.

Die EP 3 048 859 A1 beschreibt eine Induktionsheizspule mit einer Primärspule, an welche elektrische Energie geliefert wird und einer ringförmigen Sekundärspule, welche einen geschlossenen Stromkreis bildet, wobei die Primärspule einen Basisseitenabschnitt umfasst, der einen Außenumfang der Sekundärspule bedeckt.The EP 3 048 859 A1 describes an induction heating coil having a primary coil to which electric power is supplied and an annular secondary coil forming a closed circuit, the primary coil comprising a base side portion covering an outer circumference of the secondary coil.

Die US 9346099 B2 beschreibt eine Vorrichtung mit einer ersten Induktionsspule und einer zweiten Induktionsspule, welche konfiguriert sind, um eine Material in einem Gefäß zu schmelzen. Die erste Induktionsspule und die zweite Induktionsspule umfassen jeweils eine vorbestimmte Anzahl von Windungen, welche im Wesentlichen um das Gefäß herum angeordnet sind.The US 9346099 B2 describes a device having a first induction coil and a second induction coil configured to melt a material in a vessel. The first induction coil and the second induction coil each include a predetermined number of turns substantially disposed about the vessel.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Induktionsheizvorrichtung, eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils sowie ein Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Bauteilbereichs und/oder eines Bauteilwerkstoffs bereitzustellen, durch welche eine gleichmäßige Erwärmung eines Bauteilbereichs ermöglicht ist. Eine weitere Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein entsprechend gefertigtes Bauteil mit einer verbesserten Qualität bereitzustellen.The object of the present invention is to provide an induction heating device, a device for the additive production of at least one component region of a component, and a method for inductively heating a component region and / or a component material, by means of which a uniform heating of a component region is made possible. Another object of the invention is to provide a correspondingly manufactured component with improved quality.

Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß durch eine Induktionsheizvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9, durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 12 sowie durch ein Bauteil gemäß Patentanspruch 14 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.These objects are achieved by an induction heating with the features of claim 1, by a device having the features of claim 9, by a method with the features of claim 12 and by a component according to claim 14. 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, insbesondere zur Verwendung in einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, umfassend mindestens zwei Induktionsspulen, von welchen eine erste Induktionsspule zumindest eine erste Spulenwindung und eine zweite Induktionsspule zumindest eine zweite Spulenwindung aufweist. A first aspect of the invention relates to an induction heating device, in particular for use in a device for the additive production of at least one component region of a component, comprising at least two induction coils, of which a first induction coil has at least one first coil turn and a second induction coil has at least one second coil turn.

Um eine gleichmäßige Erwärmung eines Bauteilbereichs zu ermöglichen, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die zumindest eine erste Spulenwindung und die zumindest eine zweite Spulenwindung miteinander verschränkt sind und dadurch einen sich wenigstens bereichsweise durch die mindestens zwei Induktionsspulen erstreckenden Innenraum ausbilden. Dies ist von Vorteil, da bei einer Bestromung (Versorgen mit Strom, also mit elektrischer Energie) der Induktionsspulen, deren jeweilige Spulenwindungen miteinander verschränkt sind, ein durch die Induktionsspulen erzeugtes Magnetfeld im Bereich des Innenraums eine besonders hohe Feldstärke aufweisen und zudem besonders homogen ausgebildet sein kann. Dadurch ist eine besonders gleichmäßige Erwärmung des Bauteilbereichs ermöglicht.In order to allow a uniform heating of a component region, it is provided according to the invention that the at least one first coil turn and the at least one second coil turn are entangled with one another and thereby form an interior extending at least in regions through the at least two induction coils. This is advantageous since during energization (supplying current, that is to say with electrical energy) of the induction coils, whose respective coil turns are interlinked, a magnetic field generated by the induction coils has a particularly high field strength in the region of the interior and, moreover, is designed to be particularly homogeneous can. This allows a particularly uniform heating of the component area.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass sich Induktionsspulen bei deren Bestromung gegenseitig hinsichtlich ihrer Magnetfeldausbildung beeinflussen können, sodass ein infolge der Bestromung der Induktionsspulen erzeugtes gemeinsames Magnetfeld infolge einer konstruktiven Feldlinienüberlagerung jeweiliger, durch die unterschiedlichen Induktionsspulen erzeugter, Feldlinien zumindest bereichsweise besonders stark ausgebildet sein kann. An anderen Bereichen hingegen kann das Magnetfeld infolge einer destruktiven Überlagerung der jeweiligen Feldlinien der Induktionsspulen zumindest weitgehend ausgelöscht werden.The invention is based on the finding that induction coils can influence one another during their energization with respect to their magnetic field formation, so that a common magnetic field generated as a result of the energization of the induction coils due to a constructive field line superposition of respective generated by the different induction coils, field lines may be particularly strong at least partially , At other areas, however, the magnetic field due to a destructive superposition of the respective field lines of the induction coils can be at least largely extinguished.

Unter dem Ausdruck „verschränkt“ ist im Rahmen der Erfindung zu verstehen, dass es bei einer Relativbewegung der beiden Spulenwindungen zueinander um einen bestimmten Betrag zu einem Verhaken, also einer Kollision der Spulenwindung miteinander kommen kann. „Verschränken“ steht hierbei also nicht dafür, dass sich die Spulenwindungen lediglich kreuzen, sondern derart ineinander verschoben sind, dass sich die Spulenwindungen gegenseitig durchdringen. Während bei einem Kreuzen von Induktionsspulen lediglich deren Überlappung in zwei Raumrichtungen erfolgt, kann durch Verschränken eine Überlappung in drei Raumrichtungen erzielt werden.In the context of the invention, the term "entangled" is to be understood as meaning that, given a relative movement of the two coil turns relative to one another, catching, that is to say a collision of the coil turn, can occur with one another by a certain amount. In this case, "interlacing" does not mean that the coil turns only intersect, but are shifted into one another such that the coil turns penetrate one another. While in the case of a crossing of induction coils, only their overlapping takes place in two spatial directions, an overlapping in three spatial directions can be achieved by interlacing.

Zur additiven Herstellung des Bauteilbereichs kann beispielsweise ein Hochenergiestrahl durch den Innenraum hindurch und auf den Bauteilbereich bzw. einen Bauteilwerkstoff des Bauteils emittiert werden. Der Innenraum kann dementsprechend eine Durchgangsöffnung ausbilden, welche sich durch die wenigstens zwei Induktionsspulen und dabei durch die zumindest eine erste Spulenwindung und durch die zumindest eine zweite Spulenwindung erstreckt.For the additive production of the component region, for example, a high-energy beam can be emitted through the interior and onto the component region or a component material of the component. The interior space can accordingly form a passage opening which extends through the at least two induction coils and thereby through the at least one first coil turn and through the at least one second coil turn.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist wenigstens die erste Spulenwindung einen, mit wenigstens einer Krümmung versehenen Endbereich auf, durch welchen zwei Schenkel der ersten Spulenwindung miteinander verbunden sind. Dies ist von Vorteil, da durch die, über den Endbereich miteinander verbundenen Schenkel eine kompakte Ausbildung der ersten Spulenwindung erfolgen kann, wobei die Schenkel in einer gemeinsamen Ebene liegen können. Ebenso kann auch die zweite Spulenwindung einen entsprechenden, mit einer zweiten Krümmung versehenen, zweiten Endbereich aufweisen, durch welchen zwei Schenkel der zweiten Spulenwindung miteinander verbunden sein können.In an advantageous development of the invention, at least the first coil winding has an end region provided with at least one curvature, through which two limbs of the first coil turn are connected to one another. This is advantageous since a compact formation of the first coil turn can take place through the limbs connected to one another via the end region, wherein the limbs can lie in a common plane. Likewise, the second coil winding may also have a corresponding, provided with a second curvature, the second end region, through which two legs of the second coil turn may be interconnected.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist an dem Endbereich zumindest eine Aufnahmekrümmung vorgesehen, welche zumindest einen Spulenwindungsabschnitt der zweiten Spulenwindung bereichsweise umgibt, wobei sich die zumindest eine Aufnahmekrümmung und die wenigstens eine Krümmung in voneinander verschiedenen Ebenen erstrecken. Dies ist von Vorteil, da die jeweiligen Spulenwindung, also die zumindest eine erste Spulenwindung und die zumindest eine zweite Spulenwindung, durch die Aufnahmekrümmung besonders platzsparend miteinander verschränkt sein können. Dadurch können die jeweiligen Spulenwindung zumindest abschnittsweise in einer gemeinsamen Ebene angeordnet sein, sodass eine Erzeugung eines besonders homogenen Magnetfelds durch Bestromung (Bestromen) der jeweiligen Induktionsspulen ermöglicht ist.In a further advantageous development of the invention, at least one receiving curvature is provided at the end region, which surrounds at least one coil turn section of the second coil turn, wherein the at least one receiving curvature and the at least one curvature extend in mutually different planes. This is advantageous since the respective coil turn, that is to say the at least one first coil turn and the at least one second coil turn, can be entangled with one another in a particularly space-saving manner by the receiving curvature. As a result, the respective coil windings can be arranged at least in sections in a common plane, so that a generation of a particularly homogeneous magnetic field by energizing (energizing) of the respective induction coils is made possible.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Spulenwindung und die zweite Spulenwindung jeweils bereichsweise parallel zueinander oder in einem spitzen Winkel zueinander orientiert. Dies ist von Vorteil, da durch das parallele Orientieren eine Ausbildung eines besonders homogenen Magnetfelds ermöglicht ist. Eine Anordnung in einem spitzen Winkel ermöglicht eine einfache Ausrichtung der jeweiligen Spulenwindungen an eine komplexe Bauteilgeometrie.In a further advantageous embodiment of the invention, the first coil turn and the second coil turn are each oriented in regions parallel to each other or at an acute angle to each other. This is advantageous because the parallel orientation allows the formation of a particularly homogeneous magnetic field. An arrangement at an acute angle allows easy alignment of the respective coil turns to a complex component geometry.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Spulenwindung und die zweite Spulenwindung jeweils bereichsweise tangential zu einer gemeinsamen Ausrichtungsebene orientiert. Dies ist von Vorteil, da hierdurch ein besonders homogenes Magnetfeld in der Ausrichtungsebene oder in einer dazu parallelen Ebene erzeugt werden kann. In a further advantageous embodiment of the invention, the first coil turn and the second coil turn are each oriented in regions tangentially to a common orientation plane. This is advantageous, since in this way a particularly homogeneous magnetic field can be generated in the alignment plane or in a plane parallel thereto.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Induktionsspule und/oder die zweite Induktionsspule mittels wenigstens eines zugeordneten Antriebsmittels verfahrbar. Dies erlaubt eine einfache, präzise und prozesssichere Positionierung der betreffenden Induktionsspule und eine entsprechend zuverlässige und präzise induktive Erwärmung des gewünschten Bereichs.In a further advantageous development of the invention, the first induction coil and / or the second induction coil can be moved by means of at least one associated drive means. This allows a simple, precise and reliable positioning of the relevant induction coil and a correspondingly reliable and precise inductive heating of the desired range.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die erste Induktionsspule und/oder die zweite Induktionsspule mittels des wenigstens einen zugeordneten Antriebsmittels translatorisch entlang mindestens einer Achse und/oder rotatorisch um die mindestens eine Achse bewegbar. Hierdurch können die Felder der Induktionsspulen optimal überlagert werden, um eine selektive Erwärmung eines ausgewählten Bereichs zu ermöglichen.In a further advantageous development of the invention, the first induction coil and / or the second induction coil can be moved in translation about at least one axis and / or rotationally about the at least one axis by means of the at least one associated drive means. As a result, the fields of the induction coils can be optimally superimposed to allow selective heating of a selected area.

Vorzugsweise sind die erste Induktionsspule und die zweite Induktionsspule jeweils unabhängig relativ zueinander bewegbar, wodurch eine besonders selektive induktive Erwärmung erfolgen kann. Dabei können die wenigstens zwei Induktionsspulen vorzugsweise zumindest in einem Bewegungsbereich kollisionsfrei relativ zueinander bewegbar sein, auch wenn diese miteinander verschränkt sind. Unter „kollisionsfrei“ ist dabei zu verstehen, dass die wenigstens zwei Induktionsspulen zumindest in dem Bewegungsbereichs relativ zueinander bewegbar sind, ohne dass sich die wenigstens zwei Induktionsspulen gegenseitig berühren.Preferably, the first induction coil and the second induction coil are each independently movable relative to each other, whereby a particularly selective inductive heating can take place. In this case, the at least two induction coils can preferably be movable relative to one another without collision, at least in one movement region, even if these are interlocked with one another. By "collision-free" is to be understood that the at least two induction coils are movable relative to each other at least in the range of motion without the at least two induction coils touching each other.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Induktionsheizvorrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung und/oder Regelung einer jeweiligen Position und/oder Heizleistung der ersten Induktionsspule und/oder der zweiten Induktionsspule. Die Steuereinrichtung kann vorteilhaft mit einer Recheneinrichtung einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils zum Datenaustausch koppelbar sein. Alternativ kann die Steuereinrichtung Bestandteil einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils sein. Die Recheneinrichtung kann zur Steuerung und/oder Regelung der Vorrichtung zur additiven Herstellung ausgebildet sein.In a further advantageous embodiment of the invention, the induction heating device comprises a control device for controlling and / or regulating a respective position and / or heating power of the first induction coil and / or the second induction coil. The control device can advantageously be coupled to a computing device of a device for the additive production of at least one component region of a component for data exchange. Alternatively, the control device may be part of a device for the additive production of at least one component region of a component. The computing device can be designed to control and / or regulate the device for additive production.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils, insbesondere eines Bauteils einer Strömungsmaschine, umfassend mindestens eine Induktionsheizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, zum Erwärmen eines Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls in einer Aufbau- und Fügezone der Vorrichtung. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten Erfindungsaspekts zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Erfindungsaspekts als vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Erfindungsaspekts und umgekehrt anzusehen sind. Durch eine derartige Vorrichtung ist also eine besonders gleichmäßige Erwärmung des Bauteilbereichs ermöglicht.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 comprising at least one induction heating device according to the first aspect of the invention, for heating a component material and / or the component region before, during and / or after the application of at least one high-energy beam in a building and joining zone of the device. The resulting features and their advantages can be found in the descriptions of the first aspect of the invention, with advantageous embodiments of the first aspect of the invention to be regarded as advantageous embodiments of the second aspect of the invention and vice versa. By such a device so a particularly uniform heating of the component area is possible.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung mindestens eine Temperaturmesseinrichtung zur Temperaturmessung des Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs 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 wenigstens einer der Induktionsspulen relativ zur Aufbau- und Fügezone und/oder durch eine Bewegung der wenigstens zwei Induktionsspulen relativ zueinander und/oder durch das Aktivieren, Abschalten oder Variieren der Stromzufuhr der wenigstens zwei Induktionsspulen die Intensität eines mittels des gemeinsamen Magnetfelds der Induktionsspulen erzeugten tiefen Erwärmungsfeldes variiert und angepasst werden. Dies ermöglicht eine besonders präzise und situationsgerechte Ausprägung des induktiven Erwärmungsfeldes während der gesamten additiven Herstellung des Bauteils.In an advantageous development of the invention, the device comprises at least one temperature measuring device for measuring the temperature of the component material and / or the component region 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 event of deviations, for example, by moving at least one of the induction coils relative to the assembly and joining zone and / or by moving the at least two induction coils relative to each other and / or by activating, switching off or varying the power supply of the at least two induction coils, the intensity of a varied and adapted to the common magnetic field of the induction coils generated deep heating field. This allows a particularly precise and situation-specific expression of the inductive heating field during the entire additive production of the component.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Vorrichtung eine Recheneinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Induktionsheizvorrichtung in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs anzusteuern, um die erste Induktionsspule und/oder die zweite Induktionsspule zu positionieren und/oder zu betreiben. Hierdurch können Ort und Intensität einer induktiven Erwärmung optimal an den jeweiligen Einzelfall und eine konkrete Bausituation angepasst werden, wodurch qualitativ besonders hochwertige Bauteile herstellbar sind. Die Recheneinrichtung kann dabei beispielsweise eine Steuereinrichtung der Induktionsheizvorrichtung ansteuern. Die Recheneinrichtung und die Steuereinrichtung können also miteinander kommunizieren.In a further advantageous development of the invention, the device has a computing device which is designed to control the at least one induction heating device as a function of at least one parameter from the group component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component region, around the first induction coil and / or to position and / or operate the second induction coil. As a result, the location and intensity of an inductive heating can be optimally adapted to the particular individual case and a concrete construction situation, as a result of which particularly high-quality components can be produced. The computing device can control, for example, a control device of the induction heating device. The computing device and the control device can thus communicate with each other.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung umfasst die Vorrichtung eine Strahlenquelle, zum Erzeugen des wenigstens einen Hochenergiestrahls. Dies ist von Vorteil, da die Vorrichtung dadurch eine funktionale Einheit zur additiven Herstellung des zumindest einen Bauteilbereichs bildet. Insbesondere kann dadurch auf den Einsatz von externen Strahlenquellen verzichtet werden.In a further advantageous development of the invention, the device comprises a radiation source for generating the at least one high-energy beam. This is advantageous since the device thereby forms a functional unit for the additive production of the at least one component region. In particular, this makes it possible to dispense with the use of external radiation sources.

Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum induktiven Erwärmen eines Bauteilbereichs und/oder eines Bauteilwerkstoffs, insbesondere bei der Herstellung eines Bauteils einer Strömungsmaschine, mittels einer Induktionsheizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung, umfassend zumindest folgende Schritte:

- Positionieren der mindestens zwei Induktionsspulen der Induktionsheizvorrichtung im Bereich einer Aufbau- und Fügezone einer Vorrichtung; und
- Aktivieren wenigstens einer, der mindestens zwei Induktionsspulen zum induktiven Erwärmen des Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs vor, während und/oder nach der Beaufschlagung mittels wenigstens eines Hochenergiestrahls. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile sind den Beschreibungen des ersten und des zweiten Aspekts der Erfindung zu entnehmen, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten und zweiten Aspekt der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des dritten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen sind.

A third aspect of the invention relates to a method for inductive heating of a Component region and / or a component material, in particular in the manufacture of a component of a turbomachine, by means of an induction heating device according to the first aspect of the invention, comprising at least the following steps:

- Positioning the at least two induction coils of the induction heating in the region of a building and joining zone of a device; and
Activating at least one of the at least two induction coils for inductively heating the component material and / or the component region before, during and / or after the application of at least one high-energy beam. The resulting features and their advantages can be taken from the descriptions of the first and second aspects 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.

In einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden die mindestens zwei Induktionsspulen jeweils derart bestromt, dass ein dadurch erzeugtes Magnetfeld in dem Innenraum eine größere Feldstärke aufweist, als in an den Innenraum angrenzenden Bereichen. Dies ist von Vorteil, da hierdurch eine besonders gezielte Variation der Feldstärke an unterschiedlichen Bereichen des Magnetfelds ermöglicht ist. So kann das gemeinsame Magnetfeld der wenigstens zwei Induktionsspulen in dem Innenraum infolge konstruktiver Überlagerung eines mittels der ersten Induktionsspule erzeugten, ersten Magnetfelds mit einem, mittels der zweiten Induktionsspule erzeugten, zweiten Magnetfelds besonders homogen ausgebildet sein. Durch die konstruktive Überlagerung weist das gemeinsame Magnetfeld dabei eine besonders große Feldstärke sowie eine homogene Feldlinienverteilung in dem Innenraum auf, sodass an den Innenraum angrenzende Bereiche der Aufbau-und Fügezone besonders gleichmäßig und zügig erwärmt werden können. In den, an den Innenraum angrenzenden Bereichen der Aufbau-und Fügezone, in welchen der zumindest eine Bauteilbereich additiv hergestellt werden kann, kann dadurch ein besonders hoher Stromfluss durch den Bauteilbereich bei gleichzeitig homogener Erwärmung des Bauteilbereichs bewirkt werden. Dadurch können Spannungen im Bauteilbereich vermieden und das Bauteil insgesamt mit verbesserter Qualität hergestellt werden. An jeweiligen Außenseiten der verschiedenen Induktionsspulen bzw. der ersten Spulenwindung und der zweiten Spulenwindung können sich das erste Magnetfeld und das zweite Magnetfeld hingegen gegenseitig schwächen, also destruktiv überlagern und damit zumindest weitgehend gegenseitig auslöschen. Die Auslöschung kann dabei durch entgegengesetzte Polung jeweils benachbarter Spulenbereiche, beispielsweise Schenkel der jeweiligen Spulenwindung, bewirkt werden.In a further advantageous development of the invention, the at least two induction coils are each energized in such a way that a magnetic field generated thereby has a greater field strength in the interior space than in regions adjacent to the interior space. This is advantageous, since in this way a particularly targeted variation of the field strength at different regions of the magnetic field is made possible. Thus, the common magnetic field of the at least two induction coils in the interior due to constructive superposition of a generated by means of the first induction coil, first magnetic field with a second magnetic field generated by the second induction coil, be formed particularly homogeneous. Due to the constructive superimposition, the common magnetic field has a particularly large field strength and a homogeneous field line distribution in the interior, so that adjacent areas of the assembly and joining zone can be heated particularly evenly and quickly. In the, adjacent to the interior areas of the assembly and joining zone, in which the at least one component area can be made additive, thereby a particularly high current flow through the component area can be effected while simultaneously heating the component area. As a result, stresses in the component area can be avoided and the component can be produced overall with improved quality. On the respective outer sides of the various induction coils or the first coil winding and the second coil winding, however, the first magnetic field and the second magnetic field can mutually weaken each other, that is destructively superimposed and thus at least largely cancel each other out. The cancellation can be effected by opposite polarity respectively adjacent coil regions, for example legs of the respective coil winding.

Ein vierter Aspekt der Erfindung betrifft ein Bauteil für eine Strömungsmaschine, insbesondere Verdichter- oder Turbinenbauteil. Um das Bauteil mit einer verbesserten Qualität bereitzustellen ist dieses zumindest bereichsweise oder vollständig durch ein Verfahren gemäß dem dritten Aspekts der Erfindung und/oder unter Verwendung einer Induktionsheizvorrichtung gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung und/oder mittels einer Vorrichtung gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung erhalten. Die sich hieraus ergebenden Merkmale und deren Vorteile gehen aus der Beschreibung des ersten, zweiten und dritten Aspekts der Erfindung hervor, wobei vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten, zweiten und dritten Aspekts der Erfindung als vorteilhafte Ausgestaltungen des vierten Aspekts der Erfindung und umgekehrt anzusehen sind.A fourth aspect of the invention relates to a component for a turbomachine, in particular compressor or turbine component. In order to provide the component of improved quality, it is at least partially or completely obtained by a method according to the third aspect of the invention and / or by using an induction heating device according to the first aspect of the invention and / or by means of a device according to the second aspect of the invention. The resulting features and advantages thereof 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 aspects of the invention being considered 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.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.

Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs eines Bauteils mit einer Induktionsheizvorrichtung; und
2 eine Draufsicht auf eine erste Spulenwindung einer ersten Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung sowie auf eine zweite Spulenwindung einer zweiten Induktionsspule der Induktionsheizvorrichtung.

Showing:

1 a schematic side view of an apparatus for the additive production of at least one component region of a component with an induction heating device; and
2 a plan view of a first coil winding of a first induction coil of the induction heater and on a second coil turn a second induction coil of the induction heater.

1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung 100 zur additiven Herstellung zumindest eines Bauteilbereichs 12 eines Bauteils 14 mit einer Induktionsheizvorrichtung 10 und wird im Folgenden in Zusammenschau mit 2 erläutert, welche eine Draufsicht auf eine erste Spulenwindung 32 einer ersten Induktionsspule 30 der Induktionsheizvorrichtung 10 sowie auf eine zweite Spulenwindung 52 einer zweiten Induktionsspule 50 der Induktionsheizvorrichtung 10 zeigt. Die erste Induktionsspule 30 und die zweite Induktionsspule 50 sind in 1 jeweils geschnitten dargestellt. 1 und 2 zeigen jeweils ein, auf die Induktionsheizvorrichtung 10, bzw. die Induktionsspulen 30, 50 bezogenes Koordinatensystem mit jeweils senkrecht zueinander orientierten Achsen x, y, z. Die Achse x ist parallel zu einer Längserstreckungsrichtung der Induktionsspulen 30, 50 orientiert, die Achse y ist parallel zu einer Quererstreckungsrichtung der Induktionsspulen 30, 50 und die Achse z ist entlang einer Hocherstreckungsrichtung der Induktionsspulen 30, 50 orientiert. 1 shows a schematic side view of a device 100 for the additive production of at least one component area 12 a component 14 with an induction heater 10 and is described below in synopsis with 2 which illustrates a plan view of a first coil turn 32 a first induction coil 30 the induction heater 10 as well as on a second coil turn 52 a second induction coil 50 the induction heater 10 shows. The first induction coil 30 and the second induction coil 50 are in 1 each shown cut. 1 and 2 each show on the induction heater 10 , or the induction coils 30 . 50 referenced coordinate system with each axis oriented perpendicular to each other x . y . z , The axis x is parallel to a longitudinal direction of the induction coil 30 . 50 oriented, the axis y is parallel to a transverse extension direction of the induction coils 30 . 50 and the axis z is along an extension direction of the induction coils 30 . 50 oriented.

Die Vorrichtung 100 dient zur additiven Herstellung des Bauteils 14 und ist vorliegend als selektive Laserschmelz- bzw. Lasersintervorrichtung (Selective Laser Melting, SLM) ausgebildet. Die Vorrichtung 100 umfasst eine Strahlenquelle 104, mittels welcher ein Hochenergiestrahl 102 in Form eines Lasers erzeugt und damit emittiert werden kann.The device 100 serves for the additive production of the component 14 and is in the present case designed as a selective laser melting or laser sintering device (SLM). The device 100 includes a radiation source 104 , by means of which a high energy beam 102 generated in the form of a laser and can be emitted with it.

Der Hochenergiestrahl 102 trifft zur additiven Herstellung auf eine Auftrefffläche 107 im Bereich einer Aufbau- und Fügezone 106 der Vorrichtung 10 auf, um einen in der Aufbau- und Fügezone 106 vorhandenen, vorliegend pulverförmigen Bauteilwerkstoff des Bauteils 14 selektiv und schichtweise zu verfestigen. Bei dem Bauteil 14 kann es sich beispielsweise um ein Verdichter- oder Turbinenbauteil einer Gasturbine bzw. eines Flugtriebwerks handeln. Um den Hochenergiestrahl 102 entlang der Aufbau-und Fügezone 106 zu führen, umfasst die Vorrichtung 100 zumindest einen verstellbaren Spiegel 105, welcher verschwenkt werden kann, um den Hochenergiestrahl 102 mit den beiden Induktionsspulen 30, 50 mit zu bewegen.The high energy beam 102 applies to an additive surface on an impact surface 107 in the area of a construction and joining zone 106 the device 10 on to one in the construction and joining zone 106 existing, in this case powdered component material of the component 14 solidify selectively and in layers. In the component 14 For example, it may be a compressor or turbine component of a gas turbine or an aircraft engine. To the high energy beam 102 along the construction and joining zone 106 to guide, includes the device 100 at least one adjustable mirror 105 , which can be pivoted to the high energy beam 102 with the two induction coils 30 . 50 to move with.

Die Vorrichtung 100 umfasst zudem eine Temperaturmesseinrichtung 108 zur Temperaturmessung des Bauteilwerkstoffs und/oder des Bauteilbereichs 12 zumindest im Bereich der Aufbau-und Fügezone 106 der Vorrichtung 100.The device 100 also includes a temperature measuring device 108 for measuring the temperature of the component material and / or the component area 12 at least in the area of the construction and joining zone 106 the device 100 ,

Darüber hinaus umfasst die Vorrichtung 100 eine Recheneinrichtung 110, welche dazu ausgebildet ist, die mindestens eine Induktionsheizvorrichtung 10 in Abhängigkeit wenigstens eines Parameters aus der Gruppe Bauteilgeometrie, Art des Bauteilwerkstoffs, Temperatur des Bauteilwerkstoffs und Temperatur des Bauteilbereichs 12 anzusteuern, um die erste Induktionsspule 30 und/oder die zweite Induktionsspule 50 zu positionieren und/oder zu betreiben. Die Temperaturmesseinrichtung 108 ist signalübertragend mit der Recheneinrichtung 110 gekoppelt.In addition, the device includes 100 a computing device 110 , which is adapted to the at least one induction heating device 10 as a function of at least one parameter from the group of component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component region 12 to drive to the first induction coil 30 and / or the second induction coil 50 to position and / or operate. The temperature measuring device 108 is signal transmitting with the computing device 110 coupled.

Die Induktionsheizvorrichtung 10 umfasst eine Steuereinrichtung 90 zur Steuerung und/oder Regelung einer jeweiligen Position und/oder Heizleistung der ersten Induktionsspule 30 sowie der zweiten Induktionsspule 50. Die Steuereinrichtung 90 ist mittels der Recheneinrichtung 110 ansteuerbar.The induction heater 10 comprises a control device 90 for controlling and / or regulating a respective position and / or heating power of the first induction coil 30 and the second induction coil 50 , The control device 90 is by means of the computing device 110 controllable.

Die erste Induktionsspule 30 sowie die zweite Induktionsspule 50 sind mittels wenigstens eines zugeordneten Antriebsmittels 20 verfahrbar und dabei entlang der Achsen x, y, z bewegbar sowie um diese Achsen x, y, z verschwenkbar. Die vorliegend schematisch dargestellten Antriebsmittel können beispielsweise Linearmotoren zum Verstellen der Induktionsspulen 30, 50 umfassen. Die Antriebsmittel 20 sind mittels der Steuereinrichtung 90 und zusätzlich oder alternativ mittels der Recheneinrichtung 110 ansteuerbar.The first induction coil 30 as well as the second induction coil 50 are by means of at least one associated drive means 20 movable and thereby along the axes x . y . z movable as well as around these axes x . y . z pivotable. The drive means schematically illustrated here can be, for example, linear motors for adjusting the induction coils 30 . 50 include. The drive means 20 are by means of the control device 90 and additionally or alternatively by means of the computing device 110 controllable.

Insbesondere in 2 ist erkennbar, dass die erste Spulenwindung 32 und die zweite Spulenwindung 52 miteinander verschränkt sind und dadurch einen sich wenigstens bereichsweise durch die zwei Induktionsspulen 30, 50 erstreckenden Innenraum 80 ausbilden. Durch diesen Innenraum 80, welcher zur Verdeutlichung in 2 mit einer Schraffur versehen ist, kann der Hochenergiestrahl 102 emittiert werden, um das schichtweise Verschmelzen des pulverförmigen Bauteilwerkstoffs bei der additiven Herstellung des Bauteils 14 zu bewirken, bzw. den Bauteilbereichs 12 zu erwärmen. Dadurch, dass die erste Spulenwindung 32 und die zweite Spulenwindung 52 miteinander verschränkt sind, überlappen sich die erste Spulenwindung 32 und die zweite Spulenwindung 52 in Längserstreckungsrichtung, Quererstreckungsrichtung und Hocherstreckungsrichtung.In particular in 2 it can be seen that the first coil turn 32 and the second coil turn 52 are entangled with each other and thereby at least partially through the two induction coils 30 . 50 extending interior 80 form. Through this interior 80 , which for clarity in 2 provided with a hatch, the high energy beam can 102 are emitted to the layer-by-layer merging of the powdered component material in the additive production of the component 14 to effect, or the component area 12 to warm up. In that the first coil turn 32 and the second coil turn 52 entangled with each other, overlap the first coil turn 32 and the second coil turn 52 in the longitudinal extension direction, transverse extension direction and extension direction.

Die erste Spulenwindung 32 weist einen, mit einer Krümmung 34 versehenen Endbereich 36 auf, durch welchen zwei Schenkel 38, 40 der ersten Spulenwindung 32 miteinander verbunden sind. Die zweite Spulenwindung 52 weist einen, mit einer Krümmung 54 versehenen Endbereich 56 auf, durch welchen zwei Schenkel 58, 60 der zweiten Spulenwindung 52 miteinander verbunden sind.The first coil turn 32 has one, with a curvature 34 provided end area 36 on, through which two legs 38 . 40 the first coil turn 32 connected to each other. The second coil turn 52 has one, with a curvature 54 provided end area 56 on, through which two legs 58 . 60 the second coil turn 52 connected to each other.

Die erste Spulenwindung 32 und die zweite Spulenwindung 52 sind jeweils bereichsweise tangential zu einer gemeinsamen, in 1 gezeigten Ausrichtungsebene 70 orientiert. Vorliegend sind dabei die jeweiligen Schenkel 38, 40 bzw. 58, 60 parallel zur Quererstreckungsrichtung y und damit parallel zueinander sowie tangential zur Ausrichtungsebene 70 orientiert.The first coil turn 32 and the second coil turn 52 are each partially tangential to a common, in 1 shown alignment plane 70 oriented. In the present case are the respective legs 38 . 40 or. 58 . 60 parallel to the transverse extension direction y and thus parallel to each other and tangent to the alignment plane 70 oriented.

An dem Endbereich 36 ist eine Aufnahmekrümmung 42 vorgesehen, welche einen Spulenwindungsabschnitt 64 der zweiten Spulenwindung 52 bereichsweise umgibt, wobei sich die Aufnahmekrümmung 42 und die Krümmung 34 in voneinander verschiedenen Ebenen erstrecken. An dem Endbereich 56 ist eine Aufnahmekrümmung 62 vorgesehen, welche einen Spulenwindungsabschnitt 44 der ersten Spulenwindung 32 bereichsweise umgibt, wobei sich die Aufnahmekrümmung 62 und die Krümmung 54 in voneinander verschiedenen Ebenen erstrecken. Die Aufnahmekrümmung 62 ist dabei ebenso, wie die in 1 in einer Seitenansicht gezeigte Aufnahmekrümmung 42 entlang der Achse z nach oben hin gekrümmt, wenngleich dies in 1 und 2 nicht explizit gezeigt bzw. nicht eindeutig erkennbar ist.At the end area 36 is a recording curvature 42 provided, which a coil winding section 64 the second coil turn 52 partially surrounds, wherein the receiving curvature 42 and the curvature 34 in each other extend across different levels. At the end area 56 is a recording curvature 62 provided, which a coil winding section 44 the first coil turn 32 partially surrounds, wherein the receiving curvature 62 and the curvature 54 extend in mutually different levels. The recording curvature 62 is there as well as the in 1 in a side view shown receiving curvature 42 along the axis z curved upward, although this in 1 and 2 not explicitly shown or not clearly recognizable.

Die zwei Induktionsspulen 30, 50 können allgemein jeweils derart bestromt werden, dass ein dadurch erzeugtes Magnetfeld in dem Innenraum 80 eine größere Feldstärke aufweist, als in an den Innenraum 80 angrenzenden Bereichen. Eine Bestromung der jeweiligen Induktionsspulen 30, 50 kann dabei derart erfolgen, dass in der ersten Spulenwindung 32 ein erster Stromfluss in Richtung jeweiliger Pfeile 31 und in der zweiten Spulenwindung 52 ein zweiter Stromfluss in Richtung jeweiliger Pfeile 51 bewirkt wird.The two induction coils 30 . 50 can generally be energized in each case such that a magnetic field generated thereby in the interior 80 has a greater field strength, as in to the interior 80 adjacent areas. An energization of the respective induction coils 30 . 50 can be done in such a way that in the first coil turn 32 a first current flow in the direction of respective arrows 31 and in the second coil turn 52 a second flow of current in the direction of respective arrows 51 is effected.

Dadurch, dass die jeweiligen Spulenwindungen 32, 52 miteinander verschränkt sind, können Temperaturerhöhungen beim Bestromen (Einstellen des ersten Stromflusses und des zweiten Stromflusses) der jeweiligen Induktionsspulen 30, 50 unterhalb der jeweiligen Schenkel 38, 40 bzw. 58, 60, welche auch als Spulenholme bezeichnet werden können, vermieden werden. Darüber hinaus ist eine einfache Anpassung des Magnetfelds an das mit dem Hochenergiestrahl 102 zu beaufschlagende und damit zu belichtende Bauteil 14 ermöglicht. Zudem ergibt sich durch das Verschränken der Spulenwindungen 32, 52 eine besonders flache und damit kompakte Spulenanordnung. Die vorliegende Induktionsvorrichtung 10 vereinfacht allgemein auch die Verarbeitung schwer schweißbarer Materialien.Due to the fact that the respective coil turns 32 . 52 entangled with each other, can increase the temperature during energizing (adjusting the first current flow and the second current flow) of the respective induction coils 30 . 50 below the respective legs 38 . 40 or. 58 . 60 , which can also be referred to as spool beams, are avoided. In addition, a simple adaptation of the magnetic field to that with the high energy beam 102 to be acted upon and thus exposed component 14 allows. In addition, results from the entanglement of the coil turns 32 . 52 a particularly flat and thus compact coil arrangement. The present induction device 10 generally also simplifies the processing of hard-to-weld materials.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Induktionsheizvorrichtunginduction heating
1212: Bauteilbereichcomponent area
1414: Bauteilcomponent
2020: Antriebsmitteldrive means
3030: Induktionsspuleinduction coil
3131: Pfeilarrow
3232: erste Spulenwindungfirst coil turn
3434: Krümmungcurvature
3636: Endbereichend
3838: Schenkelleg
4040: Schenkelleg
4242: Aufnahmekrümmungrecording curvature
4444: SpulenwindungsabschnittSpulenwindungsabschnitt
5050: Induktionsspuleinduction coil
5151: Pfeilarrow
5252: zweite Spulenwindungsecond coil turn
5454: Krümmungcurvature
5656: Endbereichend
5858: Schenkelleg
6060: Schenkelleg
6262: Aufnahmekrümmungrecording curvature
6464: SpulenwindungsabschnittSpulenwindungsabschnitt
7070: Ausrichtungsebeneorientation plane
8080: Innenrauminner space
9090: Steuereinrichtungcontrol device
100100: Vorrichtungdevice
102102: HochenergiestrahlHigh energy beam
104104: Strahlenquelleradiation source
105105: Spiegelmirror
106106: Aufbau- und FügezoneAssembly and joining zone
107107: Auftreffflächeincident
108108: TemperaturmesseinrichtungTemperature measuring device
110110: Recheneinrichtungcomputing device
xx: LängserstreckungsrichtungLongitudinal extension
yy: QuererstreckungsrichtungTransverse extension direction
zz: HocherstreckungsrichtungHigh extension direction

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2789413 A1 [0003]
EP 1968355 A1 [0004]
EP 3048859 A1 [0005]
US 9346099 B2 [0006]

Claims

Induction heating device (10), in particular for use in a device (100) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14), comprising at least two induction coils (30, 50), of which a first induction coil (30) at least one first Coil winding (32) and a second induction coil (50) at least one second coil turn (52), characterized in that the at least one first coil turn (32) and the at least one second coil turn (52) are entangled with each other and thereby at least partially by the at least two induction coils (30, 50) extending inner space (80) form.

Induction heater (10) after Claim 1 characterized in that at least the first coil turn (32) has an end portion (36) provided with at least one bend (34) through which two legs (38, 40) of the first coil turn (32) are interconnected.

Induction heater (10) after Claim 2 , characterized in that at least one receiving curvature (42) is provided at the end region (36), which surrounds at least one coil turn section (64) of the second coil turn (52) regions, wherein the at least one receiving curvature (42) and the at least one curvature (34) extend at mutually different levels.

Induction heating device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coil turn (32) and the second coil turn (52) are each oriented in regions parallel to each other or at an acute angle to each other.

Induction heating device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the first coil turn (32) and the second coil turn (52) are each oriented in regions tangentially to a common orientation plane (70).

Induction heating device (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the first induction coil (30) and / or the second induction coil (50) by means of at least one associated drive means (20) are movable.

Induction heater (10) after Claim 6 , characterized in that the first induction coil (30) and / or the second induction coil (50) by means of at least one associated drive means (20) translationally along at least one axis (x, y, z) and / or rotationally about the at least one axis (x, y, z) are movable.

Induction heating device (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the induction heating device (10) comprises a control device (90) for controlling and / or regulating a respective position and / or heating power of the first induction coil (30) and / or the second induction coil (10). 50).

Device (100) for the additive production of at least one component region (12) of a component (14), in particular of a component of a turbomachine, comprising at least one induction heating device (10) according to one of the Claims 1 to 8th for heating a component material and / or the component region (12) before, during and / or after the application by means of at least one high-energy beam (102) in a construction and joining zone (106) of the device (100).

Device (100) according to Claim 9 , characterized in that the device (100) comprises at least one temperature measuring device (108) for measuring the temperature of the component material and / or the component region (12) at least in the region of the assembly and joining zone (106) of the device (100).

Device (100) according to Claim 9 or 10 , characterized in that the device (100) comprises a computing device (110) which is adapted to the at least one induction heating device (10) in dependence on at least one parameter from the group component geometry, type of component material, temperature of the component material and temperature of the component area (12) to position and / or operate the first induction coil (30) and / or the second induction coil (50).

Device (100) according to one of Claims 9 to 11 , characterized in that the device (100) comprises a radiation source (104) for generating the at least one high-energy beam (102).

Method for inductively heating a component region (12) and / or a component material, in particular in the production of a component (14) of a turbomachine, by means of an induction heating device (10) according to one of the Claims 1 to 8th comprising at least the following steps: - positioning the at least two induction coils (30, 50) of the induction heating device (10) in the region of a building and joining zone (106) of a device (100); and - Activation of at least one, the at least two induction coils (30, 50) for inductive heating of the component material and / or the component region (12) before, during and / or after the application of at least one high energy beam (102).

Method according to Claim 13 , characterized in that the at least two induction coils (30, 50) are each energized such that a magnetic field generated thereby in the interior space (80) has a greater field strength, as in the interior (80) adjacent areas.

Component (14) for a turbomachine, in particular compressor or turbine component, characterized in that the component (14) at least partially or completely by a method according to one of Claims 13 to 14 and / or using an induction heating device (10) according to any one of Claims 1 to 8th and / or by means of a device (100) according to one of the Claims 9 to 12 is obtained.