DE112011100170T5 - Apparatus for bending three-dimensional surfaces of heavy plate using a high frequency induction heater with precise control of the coil position - Google Patents
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Abstract
Ein Apparat zur Krümmung dreidimensionaler Oberflächen von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung mit einer automatischen, genauen Kontrolle der Spulenposition umfassend: eine Stromversorgungseinrichtung; einen Rahmen zum Stützen einer Vielzahl von Bauteilen; eine Heizeinrichtung, die eine Erwärmung mit einer Hochfrequenzinduktionsheizung an einem auf einer Auflagefläche gelagerten Grobblech ausführt; eine Transporteinrichtung, welche die Bewegung der Heizeinrichtung oder der Auflagefläche ausführt; ein Wärmetauscher zum Abkühlen der Heizeinrichtung beim Überqueren einer Seite der Heizeinrichtung; eine Einrichtung zur Verformungsmessung für die Messung einer höhenorientierten Verformung am Grobblech vor und nach der Heizung; und eine Steuereinrichtung, die den Betrieb der Heizeinrichtung, der Transporteinrichtung, des Wärmetauschers und der Einrichtung zur Verformungsmessung steuert. In der dargestellten Ausführung werden die Zeit und der Energieverbrauch für die Krümmung beträchtlich reduziert und es wird im Gegensatz zu den Gasfackelmodellen kein Gas als Heizquelle benutzt, sodass sie umweltfreundlicher ist, und es ist möglich die Genauigkeit der Krümmung zu verbessern, da eine Einrichtung zur Verformungsmessung Bestandteil des Apparats ist.An apparatus for bending three-dimensional surfaces of heavy plate using a high frequency induction heater with automatic, accurate control of coil position, comprising: a power supply device; a frame for supporting a plurality of components; a heater that performs heating with a high-frequency induction heater on a heavy plate supported on a support surface; a transport means which performs the movement of the heater or the support surface; a heat exchanger for cooling the heater when crossing one side of the heater; a deformation measuring device for measuring a height-oriented deformation on the heavy plate before and after the heating; and a controller that controls the operation of the heater, the conveyor, the heat exchanger, and the deformation measuring means. In the illustrated embodiment, the time and energy consumption for the curvature are considerably reduced, and unlike the gas torch models, no gas is used as the heating source, so that it is more environmentally friendly, and it is possible to improve the accuracy of the curvature, since a deformation measuring device Part of the apparatus is.
Description
HINTERGRUND DER ERFINDUNGBACKGROUND OF THE INVENTION
GEGENSTAND DER ERFINDUNGSCOPE OF THE INVENTION
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Apparat zur Krümmung dreidimensionaler Oberflächen von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung mit einer genauen Kontrolle der Spulenposition, der eine Hochfrequenzinduktionsheizung mithilfe einer genauen Kontrolle der Spulenposition verwendet und der eine genaue dreidimensionale Krümmung von Oberflächen möglich macht, indem eine höhenorientierte Verformung vor/nach der Heizung eines Grobblechs mithilfe einer Einrichtung zum Messen von Verformungen gemessen wird.The present invention relates to an apparatus for bending three-dimensional surfaces of heavy plate using a high-frequency induction heater with accurate coil position control which uses high-frequency induction heating with close control of coil position and which allows accurate three-dimensional curvature of surfaces by providing height-oriented deformation. after heating a heavy plate is measured by means of a device for measuring deformations.
Einschlägiger Stand der TechnikRelevant prior art
Die Form eines Schiffes wird dafür entworfen, eine optimale Reiseleistung unter Berücksichtigung der Verhältnisse zwischen Schiffsladung, Geschwindigkeit und Treibstoffverbrauch aufzuweisen, um in einer Werft die Anforderungen für die Schiffsnutzung und des Schiffsbesitzers zu erfüllen.The shape of a ship is designed to provide optimum travel performance, taking into account the relationships between shipload, speed and fuel consumption, in order to meet the requirements for ship use and shipowner in a shipyard.
Daher setzt sich die Außenhülle des Schiffsrumpfes aus vielen dreidimensional gekrümmten Oberflächen zusammen. Die Außenhülle des Schiffsrumpfes, die durch das Design der Schiffsform definiert wird, ist unterteilt in ungefähr ein- bis dreihundert Außenplatten.Therefore, the outer hull of the hull is composed of many three-dimensionally curved surfaces. The outer hull of the hull, defined by the design of the hull, is divided into approximately one to three hundred outer panels.
Die Außenplatten sind aus Grobblech gefertigt, um die Lebensdauer des Schiffes zu verlängern, und bestehen zu ungefähr 70% oder mehr aus gekrümmten Oberflächen.The outer panels are made of heavy plate to extend the life of the vessel and consist of approximately 70% or more of curved surfaces.
Im Stand der Technik wurde die Krümmung eines Grobblechs mit einem Apparat zur Krümmung bestehend aus mehreren Rollen und Pressen ausgeführt.In the prior art, the curvature of a heavy plate was carried out with a curving apparatus consisting of a plurality of rollers and presses.
Die
Nachfolgend werden jedoch die Probleme aufgezeigt, die bei der Umformung einer Außenplatte
Ein Problem ist, dass bei der Krümmung einer Oberfläche mit der Presse
Außerdem haben die Außenplatten im Allgemeinen unterschiedliche Form und Dicke und sie bestehen aus Grobblechen mit einer Dicke zwischen 10 und 40 mm, die sehr schwierig in einem Arbeitsgang in eine gewünschte Form umzuformen sind; es ist schlechthin schwierig eine Schiffsrumpfkrümmung nur mit Kaltumformung, wie dem Mehrpunktpressen, im gleichen Umformvorgang durchzuführen; daher ist es notwendig, für die abschließende genaue Umformung beim Biegen der Außenplatten eines Schiffsrumpfs eine Warmumformung mit Wärmebahnen zu wiederholen.In addition, the outer plates are generally different in shape and thickness and are made of heavy plates having a thickness between 10 and 40 mm, which are very difficult to transform into a desired shape in one operation; it is simply difficult to perform a hull curvature only with cold forming, such as multi-point pressing, in the same forming process; therefore, it is necessary to repeat hot working with hot bands for final accurate forming when bending the outer panels of a ship's hull.
Der Stand der Technik der Warmumformung mit Wärmebahnen verwendet ein Prinzip, das plastische Umformungen des Grobblechs durch Spannung und Komprimierung der Platte erzeugt, während gleichzeitig der vorbestimmte Bereich auf der Oberfläche der Platte, wie in
Eine Vielzahl an Gasfackeln
Die Warmumformung weist dennoch ein Problem auf, wobei das Material in eine unerwünschte Form umgeformt wird, wenn die Temperatur des Grobblechs
Obwohl auch ständig Anstrengungen für eine Automatisierung unternommen werden, wird sie in der Praxis nicht angewandt, weil die Heizgeschwindigkeit relativ niedrig ist, mehrere umweltfeindliche Faktoren auftreten, zum Beispiel große Mengen an CO2-Gas und ein hoher Geräuschpegel, und es schwierig ist, eine Datenbank für thermische Umformungen und die Steuerung des Umfangs der thermischen Umformung aufzubauen.Although efforts are constantly made for automation, it is not applied in practice because the heating rate is relatively low, several environmentally hostile factors occur, for example, large amounts of CO 2 gas and a high noise level, and it is difficult Build up database for thermal transformations and the control of the extent of thermal deformation.
Die vorliegende Erfindung wurde mit dem Ziel entwickelt, diese Probleme zu lösen und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Apparat für die dreidimensionale Krümmung einer Oberfläche von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung mit einer automatischen und genauen Kontrolle einer Spulenposition bereitzustellen, um eine präzisere Krümmung durch die Messung einer höhenorientierten Verformung nach der Heizung in einer Wärmebahn mithilfe einer Einrichtung zum Messen von dreidimensionalen Verformungen zu ermöglichen, wenn das Heizen in einer Wärmebahn mithilfe einer Hochfrequenzinduktionsheizung unter automatischer genauer Steuerung der Spulenposition durchgeführt wird.The present invention has been developed with the aim of solving these problems and it is an object of the present invention to provide an apparatus for the three-dimensional curvature of a surface of heavy plate using a Provide high-frequency induction heating with automatic and accurate control of a coil position to allow a more precise curvature by measuring a height-oriented deformation after heating in a thermal path using a device for measuring three-dimensional deformations when heating in a thermal path using a high frequency induction heating under automatic more accurate Control of the coil position is performed.
Eine andere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es einen Apparat für die dreidimensionale Krümmung einer Oberfläche von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung mit einer automatischen und genauen Kontrolle einer Spulenposition bereitzustellen, welcher die Bearbeitung und Produktivität verbessert, indem er mit einer Transporteinrichtung ausgestattet ist, die ein schnelles Heizen durch die Optimierung von Form und Anordnung der Heizspulen und durch eine dreidimensionale Bewegung der Heizspulen erlaubt.Another object of the present invention is to provide apparatus for the three-dimensional curvature of a surface of heavy plate using a high frequency induction heating with an automatic and accurate control of a bobbin position, which improves the processing and productivity by being equipped with a transporting device which can produce a fast Heating by optimizing the shape and arrangement of the heating coils and by a three-dimensional movement of the heating coils allowed.
DARSTELLUNG DER ERFINDUNGPRESENTATION OF THE INVENTION
Ein Apparat zur Krümmung dreidimensionaler Oberflächen von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung mit einer automatischen, genauen Kontrolle der Spulenposition umfassend: eine Stromversorgungseinrichtung; einen Rahmen zum Stützen einer Vielzahl von Bauteilen; eine Heizeinrichtung, die eine Erwärmung mit einer Hochfrequenzinduktionsheizung an einem auf einer Auflagefläche gelagerten Grobblech ausführt; eine Transporteinrichtung, welche die Bewegung der Heizeinrichtung oder der Auflagefläche äusführt; ein Wärmetauscher zum Abkühlen der Heizeinrichtung beim Überqueren einer Seite der Heizeinrichtung; eine Einrichtung zur Verformungsmessung für die Messung einer höhenorientierten Verformung am Grobblech vor und nach der Heizung; und eine Steuereinrichtung, die den Betrieb der Heizeinrichtung, der Transporteinrichtung, des Wärmetauschers und der Einrichtung zur Verformungsmessung steuert.An apparatus for bending three-dimensional surfaces of heavy plate using a high frequency induction heater with automatic, accurate control of coil position, comprising: a power supply device; a frame for supporting a plurality of components; a heater that performs heating with a high-frequency induction heater on a heavy plate supported on a support surface; a transport device which initiates the movement of the heater or the support surface; a heat exchanger for cooling the heater when crossing one side of the heater; a deformation measuring device for measuring a height-oriented deformation on the heavy plate before and after the heating; and a controller that controls the operation of the heater, the conveyor, the heat exchanger, and the deformation measuring means.
Die Einrichtung zur Verformungsmessung ist in einer vorbestimmten Entfernung von der Heizeinrichtung angebracht, misst die Höhendaten für jede Position des Grobblechs und überträgt die Daten zur Steuereinrichtung.The deformation measuring device is mounted at a predetermined distance from the heater, measures the height data for each position of the plate, and transmits the data to the controller.
Die Einrichtung zur Verformungsmessung ist ein Kontaktsensor.The device for deformation measurement is a contact sensor.
Die Transporteinrichtung bewegt die Heizeinrichtung in dreidimensionalen Bewegungen in Bezug auf das Grobblech.The transport means moves the heater in three-dimensional movements with respect to the heavy plate.
Die Heizeinrichtung umfasst: einen Transformator, der unter der Heizeinrichtung angebracht ist und eine Heizung per Induktion auf das Grobblech anwendet; eine Steuerbox, welche Strom von der Stromversorgungseinrichtung empfängt und die Ausgangsintensität des Hochfrequenzstroms steuert; und einen Konnektor, der die Steuerbox elektrisch mit dem Transformator verbindet.The heater comprises: a transformer mounted below the heater and applying a heater to the plate by induction; a control box which receives power from the power supply and controls the output intensity of the high frequency power; and a connector electrically connecting the control box to the transformer.
Der Transformator umfasst: eine Spule, die einen Hochfrequenzstrom von der Steuerbox empfängt und einen Induktionsfluss erzeugt; und einen Kern zum Aufnehmen der Spule.The transformer comprises: a coil receiving a high frequency current from the control box and generating an induction flux; and a core for receiving the coil.
Die Spule wird gebildet, indem ein Stab mit rechteckigem Querschnitt mehrmals gebogen wird.The coil is formed by bending a rod with a rectangular cross section several times.
Die Spule wird so gebogen, dass sie in einer Richtung offen ist.The coil is bent so that it is open in one direction.
Der Kern wird aus einer Vielzahl an laminierten Siliziumstahlelementen gebildet.The core is formed from a variety of laminated silicon steel elements.
Der Wärmetauscher kühlt gleichzeitig den Transformator und den Konnektor.The heat exchanger simultaneously cools the transformer and the connector.
Der Transformator, die Steuerbox und der Konnektor sind integral miteinander verbunden.The transformer, the control box and the connector are integrally connected to each other.
Der Konnektor wird durch mehrfaches Biegen einer Metallplatte gebildet und weist an einer Seite einen Kanal auf, durch den das vom Wärmetauscher gelieferte Kühlwasser fließen kann.The connector is formed by bending a metal plate several times and has on one side a channel through which the cooling water supplied by the heat exchanger can flow.
Der Apparat umfasst außerdem einen Abstandsmechanismus, der den Abstand zwischen Transformators und Grobblech begrenzt, während der Transformator über das Grobblech rollt.The apparatus also includes a spacer mechanism that limits the distance between the transformer and the plate while the transformer rolls over the plate.
Die Transporteinrichtung umfasst eine vertikale Transporteinrichtung, welche die Heizeinrichtung geradlinig in Richtung der Rahmenhöhe hin- und herbewegen kann.The transport device comprises a vertical transport device, which can move the heating device back and forth in a straight line in the direction of the frame height.
Wie weiter oben detailliert beschrieben wurde, ermöglicht der Apparat zur Krümmung dreidimensionaler Oberflächen von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung mit einer automatischen, genauen Kontrolle einer Spulenposition eine Optimierung der Form und Anordnung von Spule und Kern, eine automatische Steuerung der Bewegung der Spule und eine schnelle und lokale Heizung in Richtung der Höhe der zentralen Bereiche der Wärmebahnen und der in der Nähe der Spule befindlichen Oberflächen.As described in detail above, the apparatus for bending three-dimensional surfaces of heavy plate using a high-frequency induction heating with automatic, accurate control of a coil position allows optimization of the shape and arrangement of coil and core, automatic control of the movement of the coil and a fast and local heating in the direction of the height of the central areas of the thermal paths and the surfaces located near the coil.
Da die Ecken der Spule in dieser Konfiguration durch eine Schwäche im Design nicht weiter aufgeheizt werden, ist es möglich die Leistung des gesamten Prozesses zur Krümmung einer Platte zu verbessern, indem ein lokales Schmelzen oder eine Verformung an den Rändern des Grobblechs durch Wirbelströme ausgeschlossen wird.In this configuration, since the corners of the coil are not further heated by a weakness in design, it is possible to improve the performance of the entire process of curving a plate by using a local melting or melting process Deformation at the edges of the plate is excluded by eddy currents.
Außerdem ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Genauigkeit zu verbessern, indem die von der Einrichtung zur Verformungsmessung für jede Position des Grobblechs gemessenen Höheninformationen mit den nach der Krümmung gemessenen Informationen verglichen werden, um so die Bearbeitungsfehler zu verringern.In addition, according to the present invention, it is possible to improve the accuracy by comparing the height information measured by the deformation measuring means for each position of the heavy plate with the information measured after the bending so as to reduce the processing errors.
Zudem ist es möglich die Produktivität zu verbessern, da die Dauer für den Krümmungsprozess wesentlich verringert wird.In addition, it is possible to improve the productivity, since the duration for the curvature process is significantly reduced.
Da außerdem kein Gas verwendet wird, kann die vorliegende Erfindung im Vergleich zu den Gasfackelverfahren aus dem Stand der Technik als umweltfreundlicheres Verarbeitungsverfahren ohne Emission von Kohlendioxid eingestuft werden.In addition, since no gas is used, the present invention can be classified as a more environmentally friendly processing method without emission of carbon dioxide as compared with the prior art gas flare methods.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWING
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMENDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
Die Konfiguration eines Grobblechs mithilfe eines Apparats zur Krümmung dreidimensionaler Oberflächen von Grobblech unter Verwendung einer Hochfrequenzinduktionsheizung gemäß der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf
Zuvor wird darauf hingewiesen, dass die verwendeten Terminologien oder Begriffe nicht nur in ihren allgemeinen und enzyklopädischen Bedeutungen zu verstehen sind, sondern sie sollten als Bedeutungen und Konzepte ausgelegt werden, die mit dem Geist der vorliegenden Erfindung auf der Grundlage des Prinzips übereinstimmen, nach dem die Erfindungen in geeigneter Weise das Konzept der Terminologien definieren können mit dem Ziel, die Erfindung so klar wie möglich zu beschreiben.First of all, it should be noted that the terminologies or terms used are not to be understood solely in terms of their general and encyclopedic meanings, but should be construed as meanings and concepts consistent with the spirit of the present invention on the basis of the principle according to which Inventions may suitably define the concept of terminologies with the aim of describing the invention as clearly as possible.
Daher sind die hier beschriebenen Ausführungsformen und die in der Zeichnung gezeigten Ausführungen lediglich bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung und beinhalten aber nicht alle möglichen Formen der vorliegenden Erfindung; daher muss die Erfindung so verstanden werden, dass es eine Vielzahl an Variationen und Modifikationen gibt, welche die Erfindung innerhalb ihres Umfangs bei der eigentlichen Anwendung ersetzen können.Therefore, the embodiments described herein and the embodiments shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention and do not include all possible forms of the present invention; therefore, the invention must be understood to have a variety of variations and modifications that may be substituted for the invention within the scope of the actual application.
Wie in den Figuren dargestellt ist der Krümmungsapparat gemäß der vorliegenden Erfindung ein Apparat, der ein Grobblech mithilfe einer Hochfrequenzinduktionsheizung aufheizt, um eine gekrümmte Oberfläche zu erzeugen, und der es ermöglicht die Verformungen vor/nach der Aufheizung eines Grobblechs, das einer dreidimensionalen Krümmung unterzogen wurde, zu vergleichen und zu untersuchen.As shown in the figures, the curving apparatus according to the present invention is an apparatus that heats a plate by means of a high-frequency induction heating to produce a curved surface, and that enables the deformations before / after the heating of a plate subjected to a three-dimensional curvature to compare and examine.
Für diese Ausführung umfasst der Krümmungsapparat eine Stromversorgungseinrichtung
Die Stromversorgungseinrichtung
Der Rahmen
Im Einzelnen wird die Auflagefläche
Der Rahmen
Die Transporteinrichtung
Sowohl die seitliche Transporteinrichtung
Der Wärmetauscher
Die Einrichtung zur Verformungsmessung
Für diesen Vorgang kann die Einrichtung zur Verformungsmessung
Für diesen Vorgang ist die Einrichtung zur Verformungsmessung
Die Steuereinrichtung
Die Heizeinrichtung
Zunächst umfasst die Heizeinrichtung
Der Transformator
Der Konnektor
Außerdem ist das obere hintere Ende des Konnektors
Außerdem sind der Konnektor
Da die Steuerbox
Auf der Oberfläche des Konnektors
Daher kann das Kühlwasser, das durch den Kanal
Der Wärmetauscher
Wie in
Das Kühlrohr
Der Abstandsmechanismus
Das Kupplungsteil
Daher ist es möglich die Einführtiefe in das Teil zur Höheneinstellung
Außerdem ist in dem Elastizität erzeugenden Teil
Daher ermöglicht es der Ball
Die detaillierte Konfiguration der Einrichtung zur Verformungsmessung
Die Einrichtung zur Verformungsmessung
Dafür umfasst die Einrichtung zur Verformungsmessung
Der Halter
Der Kontaktsensor
Der Kontaktsensor
Experimentelle Ergebnisse aus der Verwendung des Krümmungsapparats, der wie oben beschrieben konfiguriert ist, werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die
Zunächst ist
Der Kern
Die Geschwindigkeit des Grobblechs lag bei 5 mm/s, eine Leistung von 40 kW bei 15 kHz wurde angewandt und der Abstand, d. h. der Luftspalt, zwischen Heizeinrichtung
Ein Luftkonvektionskoeffizient lag bei 0,02 N/sec/mm/°C.An air convection coefficient was 0.02 N / sec / mm / ° C.
Auf dem Grobblech P wurde außerdem eine Vielzahl von Wärmebahnen definiert; die Wärmebahnen wurden nummeriert, indem sie in regelmäßigen Abständen positioniert wurden, sodass die Verformung vor/nach der Krümmung gemessen werden kann.On the heavy plate P also a variety of heat paths was defined; the thermal pads were numbered by being positioned at regular intervals so that the deformation before / after the bend can be measured.
Mit dem Ergebnis der FEM (Finite-Elemente-Methode) unter den oben beschriebenen Bedingungen war es möglich abzuschätzen, dass die Temperatur des Grobblechs auf die Verformungstemperatur von mehr Austenit (A3) ansteigt (mindestens 950°C oder mehr), weil der Wärmeeingang intensiv auf den zentralen Bereich des Grobblechs P gerichtet wird, wo die Wärmebahn, wie in
In
Es kann davon ausgegangen werden, dass dies im größeren Wärmestrom begründet ist, der auf den betroffenen Oberflächenbereich angewandt wird.It can be assumed that this is due to the larger heat flux applied to the surface area concerned.
Da in den experimentellen Ergebnissen die gemessene Ebenheit vor der Krümmung relativ einheitlich ist, wurde in einem Experiment, in welchem eine Leistung von 40 kW angewandt und die Geschwindigkeit der Heizeinrichtung
Es ist zu erkennen, dass sich die Höhenpositionen (in Richtung der (Z-Achse) mit dem Fortschreiten auf der Wärmebahn (in Richtung der Y-Achse) an den aufeinanderfolgenden Punkten jeweils in ähnlicher Weise verändert haben.It can be seen that the height positions (in the direction of the (Z-axis) with the progression of the thermal path (in the direction of the Y-axis) at the successive points have each changed in a similar manner.
Der Umfang der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die obenstehenden Ausführungsformen beschränkt und die vorliegende Erfindung kann von Fachleuten in vielfacher Weise verändert werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen.The scope of the present invention is not limited to the above embodiments, and the present invention can be variously changed by those skilled in the art without departing from the scope of the present invention.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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