EP3108019A1 - Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür - Google Patents

Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür

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EP3108019A1
EP3108019A1 EP15705981.7A EP15705981A EP3108019A1 EP 3108019 A1 EP3108019 A1 EP 3108019A1 EP 15705981 A EP15705981 A EP 15705981A EP 3108019 A1 EP3108019 A1 EP 3108019A1
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EP
European Patent Office
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sheet
electrodes
current
conductive heating
heated
Prior art date
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Application number
EP15705981.7A
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EP3108019B1 (de
Inventor
Bernd-Arno Behrens
Sven HÜBNER
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Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
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Publication date
Application filed by Leibniz Universitaet Hannover filed Critical Leibniz Universitaet Hannover
Publication of EP3108019A1 publication Critical patent/EP3108019A1/de
Application granted granted Critical
Publication of EP3108019B1 publication Critical patent/EP3108019B1/de
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Anticipated expiration legal-status Critical

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Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C21—METALLURGY OF IRON
    • C21D—MODIFYING THE PHYSICAL STRUCTURE OF FERROUS METALS; GENERAL DEVICES FOR HEAT TREATMENT OF FERROUS OR NON-FERROUS METALS OR ALLOYS; MAKING METAL MALLEABLE, e.g. BY DECARBURISATION OR TEMPERING
    • C21D1/00—General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34—Methods of heating
    • C21D1/40—Direct resistance heating
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05B—ELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00—Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0004—Devices wherein the heating current flows through the material to be heated

Definitions

  • the invention relates to a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet or at least one region of the sheet to be conductively heated has an outer contour which is not rectangular, according to claim 1.
  • the invention further relates to a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a sheet according to claim 11.
  • the invention relates to the field of metalworking, in particular the production of parts made of sheet metal, such as. B. vehicle body panels.
  • the production of such sheet metal parts is z. B. on production lines, such. B. extrusion lines.
  • Such production lines usually have forming facilities and trimming equipment and optionally facilities for performing other methods, such. B. shape property changes, coating, press hardening, etc., which are connected to each other in terms of process technology.
  • components made of high-strength or high-strength material are to be produced.
  • a sheet In press hardening, a sheet is heated to a temperature of about 950 ° C and cooled during molding.
  • a martensitic microstructure By targeted cooling (hardening) during press hardening via cooled pressing tools, a martensitic microstructure can be created that leads to the desired material properties, eg. B. to a tensile strength of over 1, 500 MPa strains in Range of> 5%.
  • a disadvantage of such heating processes are the relatively long heating times, which in the conventional heating z. B. occur in roller hearth furnaces. As a result of the long heating times, a scale formation on the material (burnup of material) occurs, which is also disadvantageous.
  • a conductive heating process of metal sheets is e.g. As described in DE 1 0 2006 037 637 A1.
  • the invention is therefore based on the object of providing a method for indicate heating of a sheet, wherein the sheet or at least one conductive area of the sheet to be heated has an outer contour, which is not rectangular, yet a uniform heating of the area to be heated can be achieved.
  • the metal sheet is also called a circuit board, and the non-rectangular board blank is called a molding board.
  • a suitable for this purpose conductive heating device should be specified.
  • a method for coutuctive heating of a sheet wherein the sheet or at least one conductive area of the sheet to be heated has an outer contour, which is not rectangular, wherein an adapted to the outer contour arrangement of power supply and current dissipation electrodes are provided, which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected to each other from electrically separate electrical energy sources, which are dimensioned such that generates substantially equal current densities in the sheet between all pairs of associated power supply and current dissipation electrodes become.
  • the invention has the advantage of providing a tailor-made arrangement of current supply and current dissipation electrodes, which are arranged piece-wise separately along the outer contour and of electrically separate electrical energy sources, tailored to the outer contour of the sheet or the area of the sheet to be heated be charged.
  • the outer contour of the region to be heated can be divided into individual reindeer rectangular surface sections or at least substantially rectangular surface sections, and for each surface section an adapted current supply and current dissipation electrode can be created, with which precisely this region is subjected to the desired current density.
  • a further pair of current supply and current discharge electrodes can be arranged in a neighboring area section which is likewise essentially rectangular-shaped and can be arranged via a second electrical connection.
  • the entire area to be heated can be subdivided into essentially rectangular area sections and the same current density can be generated in each area section.
  • transverse currents between the surface sections are avoided, which in turn prevents undefined heating results. Due to the resistance conditions, the current density inevitably sets in and basically can not be forced homogeneously. However, only a homogeneous current density obtains homogeneous heating, since always the same power per area is implemented.
  • the approach is followed to adjust the resistance ratios in the form of the board by the manner described so that homogeneous current densities result.
  • the conductive heating process with its advantages can thus be made universally usable for any shaped metal sheets.
  • the sheet can be regarded as a resistor in which the current supplied via the electrodes flows.
  • sheets can be brought almost without scale to the desired temperature.
  • the heating process can be performed in a period of 10 seconds or less.
  • the heating time can be determined by the size of the power supply. Basically, the more current is passed through the sheet, the faster the heating can be performed.
  • As a sheet is every sheet of electrically conductive metal in question, such. B. steel, aluminum and magnesium sheets.
  • the sheet has it in one advantageous development of the invention to a constant material thickness, at least before it is further processed after the conductive heating process and thereby optionally transformed.
  • a current supply electrode serves to introduce electrical current from the electrical energy source into the metal sheet.
  • a current dissipation electrode serves to drain the current from the sheet back to the source of electrical energy.
  • the electrical energy sources are dimensioned such that the same current densities are introduced from the current supply electrodes into the sheet via all pairs of mutually assigned current supply and current discharge electrodes and are discharged from the sheet via the current discharge electrodes.
  • the number of current supply electrodes used may be equal to or less than the number of current discharge electrodes used. With the same number, it is advantageous if in each case one current supply electrode and one current discharge electrode form a pair of such electrodes, which are each connected to the same electrical energy source. It is also possible, for. B. electrically connect two power supply electrodes to each other or electrically connect two Stromableitungselektroden together. The non-interconnected electrodes are then connected to different electrical energy sources with different voltage, so that in turn equal current densities can be generated in adjacent surface areas in the sheet.
  • the electrically separate electrical sources must be electrically separated from each other at least at one of its terminals (plus or minus).
  • the plurality of energy sources are not connected to each other and not grounded.
  • the potential of the neighboring energy sources "floats" at the contact line, in a similar way as with several simultaneously operated spot welding systems. tions on a vehicle body.
  • the "swim" is a well-known term from the resistance welding technique.
  • the area to be conductively heated can be divided into substantially rectangular area sections.
  • the region to be heated conductively can also be divided into trapezoidal surface sections or substantially trapezoidal surface sections.
  • a combination is also advantageous, ie. a division of the conductive area to be heated in rectangular and / or trapezoidal surface sections.
  • a pair of sheets is electrically interconnected by a plurality of electrically mutually insulated, side by side along a transition region from one to the other sheet in their respective trapezoidal surface portions arranged transfer electrodes. By correspondingly opposing arrangements of one sheet with respect to the other sheet can be created in this way with respect.
  • the two connected by means of the transition electrodes trapezoidal surface sections turn a total rectangular surface section, connected to the one side at least one power supply electrode and at the other side at least one current dissipation electrode can be.
  • the flexibility and applicability of the inventive method is further increased. It is advantageous, trapezoidal surface portions of the sheets with the same or mirror-symmetrical outer To connect contour with each other via the transition electrodes.
  • trapezoidal surface portions of the same sheet can be electrically connected to each other in pairs via the transfer electrodes to electrically behave then like a rectangular surface section.
  • the trapezoidal surface portions are suitable to divide, in particular with equal angles bevelled sides.
  • one, several or all current supply and current discharge electrodes are each formed as elongated electrodes extending with their largest dimension over a portion of the outer contour of the conductive region to be heated, each of which is connected to an electrical lead only at one end are connected to the electrical energy source.
  • a pair of current supply and current discharge electrodes are connected at diagonally opposite ends to the electrical energy source.
  • one, several or all of the power supply, Stromableitungs- and / or transmission electrodes are formed as cooled with a cooling medium electrodes. So can be used as a cooling medium z. B. be passed through a hollow channel of the respective electrode cooling water.
  • the cooling of the electrodes has the advantage that they do not heat undesirable and a heating-related change in resistance of the electrodes is avoided.
  • a further advantage is that the adjacent sheet is cooled by the cooled electrodes, so that by appropriate arrangement of the electrodes to desired, not to be heated areas of the sheet heating and a concomitant hardening can be avoided. This in turn has the advantage that the position and arrangement of the electrodes z. B. cutting areas in the subsequent processing of the component, ie.
  • edge trimming can be done with conventional tools, eg. B. by the very economical applicable shear cutting. A more elaborate Hartbezel is not required. Also, for joining the component in later welding processes, it is favorable to have non-hardened edge regions. Curing can be done by a subsequent press hardening process.
  • the conductive heating is carried out by means of direct current.
  • This has the advantage compared to alternating current that electrical losses and other adverse effects can be excluded by existing inductors and capacitances in the system. It also generates no reactive power.
  • the existing electrical power can be used completely in the form of active power. By eliminating inductive losses line cross sections and electrical energy sources, eg. As transformers are smaller. In addition, energy is saved.
  • the electrical energy sources can, for. B. three-phase can be supplied from the three-phase network. The calculation and design of the entire system, in particular of the electrodes and their arrangement, is also simplified because it is possible to work with the simpler electrotechnical principles that apply to direct current.
  • the conductive heating device can be realized comparatively easily and inexpensively.
  • one, several or all current supply, Stromableitungs- and / or transfer electrodes are moved away from each other during the conductive heating process in order to stretch the sheet.
  • a heating-related expansion of the heated area of the sheet during the heating process can be compensated.
  • a parallel conductor is connected to this electrode for supplying current to a current supply electrode, for transferring energy from or to a transfer electrode and / or for discharging current from a current discharge electrode, which is parallel to the current lines in a portion of the sheet to be heated flowing currents against the sheet is electrically isolated over the sheet.
  • the parallel conductor may in particular be guided on an edge region of a rectangular or trapezoidal surface section to be heated. This has the advantage that by appropriate arrangement of such a parallel conductor certain areas of the sheet can be excluded from heating and at the same time the streamlines can be performed in a direction adjacent to the parallel conductor to be heated surface portion in the desired direction.
  • one, several or all parallel conductors are designed as conductors cooled with a cooling medium.
  • a conductive heating device for performing a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet or at least one conductively heated region of the sheet has an outer contour, which is not rectangular, wherein the conductive Heating device has a matched to the outer contour arrangement of power supply and Stromleit einselektroden, which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected or connectable via separate electrical leads with electrically isolated electrical energy sources, wherein the electrical energy sources are dimensioned such in that equal current densities are generated in the sheet between all pairs of associated current-carrying and current-discharging electrodes.
  • the conductive heating device is set up to carry out a method of the type described above. So z. B. the electrical energy sources may be formed as DC sources.
  • the conductive heating device has a stretching device which is set up for stretching the metal sheet at least in the conductively heated region during the heating process. The stretching device may in particular be adapted to move certain current supply, current discharge and / or transfer electrodes away from one another during the conductive heating process.
  • the electrode arrangement of the conductive heating device has transfer electrodes for current transfer between two sheets simultaneously heated in the conductive heating device.
  • a method of conductively heating a sheet e.g. Example, be arranged such that the sheet to be heated is placed in the conductive heating device, then electrodes of the conductive heating device are pressed onto the sheet and then the electrical current flow through the sheet is switched via the electrodes to perform the conductive heating, and after sufficient heating the electrodes are removed from the sheet again, it being advantageous to first turn off the flow of current.
  • the sheet can then remain in the heated state. be processed ter, z. B. be brought by pressing in a desired shape.
  • an electrical energy source z. B. have a welding rectifier. In this way, the required direct current in the desired height of several thousand amps can be provided in a simple and cost-effective manner.
  • the current supply, current discharge and / or transfer electrodes can z. B. made of copper or alloyed copper, z. B. CuCoBe or CuBe2. Especially with the latter alloys, very hard, robust electrodes can be provided.
  • the mentioned parallel conductors can be made of the same material or another material. For the electrical insulation of the parallel conductors, these z. B. have on the surface of a plasma-sprayed ceramic layer.
  • the conductive heating process can be carried out heat-encapsulated according to an advantageous embodiment of the invention.
  • the sheets are characterized by an external heat encapsulation, for. B. a thermal insulation of the conductive heating device, thermally shielded from the environment.
  • B. a thermal insulation of the conductive heating device, thermally shielded from the environment.
  • Show it 1 shows a sheet blank for the production of a B-pillar of a motor vehicle
  • FIG 2 shows two sheet-metal blanks according to Figure 1 and
  • FIG. 3 shows a conductive heating device and the two sheet blanks according to Figure 2 and
  • FIG. 4 shows a further conductive heating device and the two
  • Figure 5 shows the arrangement of a parallel conductor on a sheet in cross-sectional view
  • FIG. 6 shows a further conductive heating device and the two
  • Figure 7 shows another conductive heating device and the two
  • FIG 8 shows an embodiment of an electrode in perspective view.
  • FIG. 1 shows a top view of a metal sheet 1 cut into a specific shape, which, for. B. is cut out of a steel coil. It is a shell component for a B-pillar of a motor vehicle before forming in a press.
  • the metal sheet 1 is first subdivided into substantially rectangular-shaped surface sections 2, 4 and an essentially trapezoidal surface section 3.
  • electrodes of an electrode arrangement of a conductive heating device are made tailor-made, which are then connected to the sheet 1 for carrying out the conductive heating process.
  • the surface section 3 in an advantageous embodiment of the invention two sheets 1 are simultaneously heated in the conductive heating device.
  • the two sheets 1 are first arranged as shown in Figure 2 and created the required electrodes accordingly.
  • FIG. 3 shows the sheets 1 shown in FIG. 2, which according to FIG. 3 are arranged somewhat closer to each other in a conductive heating device 110.
  • the conductive heating device 10 has the aforementioned custom-made electrode arrangement, the current supply electrodes 11, 12 , 13, 14, 15, current discharge electrodes 1 6, 1 7, 18, 19, 20 and transfer electrodes 31 has.
  • At the rectangular surface sections 2, 4 of the sheets 1 are respective pairs of one each
  • the trapezoidal surface sections 3 are connected to each other in the middle between the sheets 1 with a plurality of transmission electrodes 31.
  • the transfer electrodes 31 are electrically isolated from each other, e.g. B. by being arranged as metal blocks with a certain distance from each other. In this way will be out of the two trapezoidal surface portions 3 a uniform electrical rectangular area between the electrodes 1 2, 19 created.
  • the transfer electrodes 31 may, for. B. at a width of 20 mm at a distance of 5 mm from each other. In order to ensure a uniform spacing of the transfer electrodes from each other, they can, for. B. be mounted on an insulating plate and pressed as a one-piece transfer electrode assembly on the sheets 1. In an industrial implementation, e.g. all electrodes are mounted on a large base plate, with incorporation e.g. in a hydraulic press.
  • FIG. 4 shows a further conductive heating device 10, which is designed not to heat the respective surface sections 4 of the metal sheets 1.
  • the electrodes 14 and 17 are not connected directly to their respective electrical energy source 22 and 25, respectively, but via parallel conductors 26, 27 guided along the direction of current flow in the respective metal sheet.
  • the parallel conductors 26, 27 allow the current lines to continue to be parallel be ensured in the adjacent surface portions 3 to the transfer electrodes 31, which would not be ensured without the parallel electrodes 26, 27.
  • the parallel electrodes 26, 27 can be cooled, which has the further advantage that the cooling is also transferred to the sheet 1 and thus unwanted heat transfer from the heated surface portions of the sheet can be prevented in the non-heated surface portions 4.
  • some or all of the remaining electrodes 1 1, 1 2, 1 3, 14, 15, 16, 17, 18, 1 9, 20 are cooled.
  • the transmis- Supply electrodes 31 may be formed as cooled electrodes.
  • FIG. 5 shows an example of a cooled electrode on the basis of the parallel conductor 27. In the longitudinal direction through the respective electrode runs a bore 28, which forms a cooling channel. Through the cooling channel can coolant, z. As cooling water, are passed. If the electrode is designed as a parallel conductor 26, 27, this is formed insulated on the outer surface, d. H.
  • FIG. 5 shows by way of example two pairs of parallel conductors 27 arranged in pairs above and below the metal sheet 1. The arranged below the plate 1 parallel conductor 27 is supported on a counter-bearing 32 against a contact force F, which is exerted on the arranged above the sheet 1 parallel conductor 27.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a conductive heating device 10 which, except for the differences explained below, corresponds to the device 10 according to FIG.
  • the area areas of the metal sheets 1 which are not to be heated are still slightly larger than those of FIG. 4 and, in addition to the area portions 4, still encompass edge regions of the surface portions 3 adjoining the same.
  • the conductive heating device has the same shape as the parallel conductors 26, 27 and the transfer electrodes 21 adapted by these are not formed as linearly extending electrodes, but are angled in accordance with the desired surface areas to be heated. Accordingly, the current supply electrode 12 and the current discharge electrode 19 are somewhat shortened in comparison to FIG.
  • the sheets 1 can also be arranged differently than previously shown in Figures 2 to 6, for. B. as indicated in the figure 7.
  • the rectangular surface sections 2 and 4 are as described above with the current supply electrodes and the current collector electrodes and the associated connected to electrical energy sources.
  • trapezoidal surface portions 3 results in comparison to the embodiments described above, the difference that to maintain the same current densities and thus the same heating behavior for connecting the surface 3 sections between the sheets 1 not juxtaposed transfer electrodes are provided, but as shown on Cross-arranged transfer electrodes 31, so that the transmission electrodes 31 results in a spider-shaped construction.
  • the transfer electrodes 31 are still electrically isolated from each other, z. B. by the electrodes are passed past each other in different height levels or are designed as electrically insulated cable.
  • An advantage of this embodiment is the saving of two energy sources, since the rectangular surface sections 2, 4 of the board can be connected as a series circuit to a power source.
  • the surface portions 2 are connected in series with the power source 22.
  • the electrodes 14, 16 can be connected together or combined to form an electrode.
  • the surface portions 4 are connected in series with the power source 24.
  • the electrodes 15, 17 can be connected together or combined to form an electrode.
  • FIG. 8 shows an advantageous embodiment of an electrode 80 which can be used as a current supply, current discharge and / or transfer electrode.
  • the electrode 80 in turn has a bore 28 which forms a cooling channel.
  • the surface of the electrode 80 facing upwards in the illustration according to FIG. 8, which is the contact surface of the electrode to the metal sheet, is uneven with a specific structure.
  • a comb-like structure is created by 81 grooves 82 are formed between elevations.
  • selectively isolated hotspots can be avoided, ie. Points where there is an above-average heating of the sheet.
  • a homogenization of the heating can be achieved in an amazing manner, without damage being caused by the contact surfaces or scattered hotspots occurring , In this way, adverse effects of known electrodes, which sometimes undesirable hot spots occur compensated.
  • a homogeneous heating of the sheet is promoted. This is favorable for carrying out a controlled, reproducible hardening process of the sheet.
  • hotspots have been considered to be disadvantageous and attempts have been made to avoid them because they have the disadvantage that the sheet is heated uncontrollably in such places.
  • a positive temperature coefficient of the sheet also increases with the heating of the specific electrical resistance at such locations of the sheet, so that a kind of avalanche effect occurs because the hotspot areas heat comparatively quickly and come at the points of highest temperature to damage the sheet can
  • the conductive heating device according to the invention is further developed by forming at least one current supply, current dissipation and / or transition electrode as an electrode 80 with an uneven structured contact surface.
  • the contact surface of the electrode is a surface that is electrically brought into direct contact with the sheet.
  • the uneven structured contact surface of the electrode may be e.g.
  • the uneven structured contact surface may also be formed by punctiform elevations on the surface.
  • the surface structure of the contact surface may be a regular or irregular structure.
  • the method according to the invention is thus further developed in that the conductive heating of the sheet takes place via an uneven structured contact surface of at least one current supply, current discharge and / or transition electrode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckformig ist, wobei eine an die äußere Kontur angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden geschaffen wird, die stückweise voneinander getrennt entlang der äußeren Kontur angeordnet werden und mit voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen verbunden werden, die derart dimensioniert sind, dass zwischen allen Paaren von einander zugeordneten Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden gleiche Stromdichten in dem Blech erzeugt werden. Die Erfindung betrifft außerdem eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs.

Description

Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs und Erwärmungseinrichtung dafür Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckförmig ist, gemäß dem Anspruch 1 . Die Erfindung betrifft außerdem eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs gemäß dem Anspruch 1 1 .
Allgemein betrifft die Erfindung das Gebiet der Metallbearbeitung, insbesondere der Herstellung von Teilen aus Blech, wie z. B. Fahrzeug-Karosserieteile. Die Fertigung solcher Blech-Formteile erfolgt z. B. auf Fertigungsstraßen, wie z. B. Serienpressstraßen. Solche Fertigungsstraßen weisen üblicherweise Umformeinrichtungen und Beschneideinrichtungen sowie gegebenenfalls Einrichtungen zur Durchführung weiterer Verfahren, wie z. B. Formeigenschaftsänderungen, Beschichtung, Presshärtung etc. auf, die prozesstechnisch miteinander verbunden sind. In vielen Fällen sollen dabei Bauteile aus hoch- bzw. höchs- festem Material hergestellt werden.
Beim Presshärten wird ein Blech auf eine Temperatur von ca. 950°C erwärmt und während der Formgebung abgekühlt. Durch gezielte Abkühlung (Härten) während des Presshärtens über gekühlte Presswerkzeuge kann ein martensiti- sches Gefüge geschaffen werden, dass zu den gewünschten Werkstoffeigenschaften führt, z. B. zu einer Zugfestigkeit von über 1 .500 MPa Dehnungen im Bereich von >5 %. Nachteilig bei solchen Erwärmungsprozessen sind die relativ langen Erwärmungszeiten, die bei der konventionellen Erwärmung z. B. in Rollenherdöfen auftreten. Als Folge der langen Erwärmungszeiten kommt es zu einer Zunderbildung am Material (Abbrand von Material), was ebenfalls nach- teilig ist. Um dem entgegenzuwirken, werden dem Stand der Technik folgend Beschichtungen auf den Bauteiloberflächen aufgebracht, die während der Ofenerwärmung in das Bauteil hinein diffundieren. Die Herstellung der Beschichtungen ist mit zusätzlichem Aufwand und Kosten verbunden. Eine Alternative zur konventionellen, relativ lange dauernden Erwärmung ist die Erwärmung eines Blechs durch einen konduktiven Erwärmungsprozess. Dabei wird das Blech durch Anlegen eines elektrischen Stroms durch die dabei entstehende Stromwärme erwärmt. Bei entsprechend großen elektrischen Strömen kann ein typischer Aufwärmprozess in weniger als 1 0 Sekunden durchge- führt werden, was den Vorteil hat, dass sich in der kurzen Zeit keine nennenswerten Zunderschichten bilden können, was wiederum den Vorteil hat, dass keine Zunderschutzbeschichtungen erforderlich sind. Ein konduktiver Erwärmungsprozess von Metallblechen ist z. B. in der DE 1 0 2006 037 637 A1 beschrieben.
Die Vorschläge aus dem Stand der Technik sind bisher in der Praxis nur sehr begrenzt anwendbar, weil sie sich nur für Erwärmungsprozesse von nahezu rechteckigen Bauteilen oder rechteckigen Teilbereichen von Bauteilen eignen. Viele in der Praxis zu fertigende Bauteile, z. B. Karosseriebauteile bei Kraft- fahrzeugen, weisen jedoch nicht diese ideale Rechteckform des zu erwärmenden Blechs oder eines zu erwärmenden Bereichs des Blechs auf. Vielmehr sind viele Bauteile unregelmäßig geformt. Bei Anwendung der Vorschläge aus dem Stand der Technik wäre eine ungleichmäßige Erwärmung des Bauteils die Folge, was wiederum nicht zu den gewünschten Fertigungsergebnissen führt.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren zum kondukti- ven Erwärmen eines Blechs anzugeben, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckformig ist, mit dem dennoch eine gleichmäßige Erwärmung des zu erwärmenden Bereichs erzielt werden kann. Das Blech heißt in der Termino- logie des Fachmanns auch Platine und der nicht-rechteckige Platinenzuschnitt heißt Formplatine. Ferner soll eine hierfür geeignete konduktive Erwärmungseinrichtung angegeben werden .
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zum kon- duktiven Erwärmen eines Blechs, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckformig ist, wobei eine an die äußere Kontur angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden geschaffen wird, die stückweise voneinander getrennt entlang der äußeren Kontur angeordnet werden und mit voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen verbunden werden, die derart dimensioniert sind, dass zwischen allen Paaren von einander zugeordneten Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden im Wesentlichen gleiche Stromdichten in dem Blech erzeugt werden. Die Erfindung hat den Vorteil, dass eine an die äußere Kontur des Blechs bzw. des zu er- wärmenden Bereichs des Blechs maßgeschneidert angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden geschaffen wird, die stückweise getrennt entlang der äußeren Kontur angeordnet werden und von elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen beaufschlagt werden. So kann z. B. die äußere Kontur des zu erwärmenden Bereichs in einzelne wiede- rum rechteckige Flächenabschnitte oder zumindest im Wesentlichen rechteckige Flächenabschnitte aufgeteilt werden und für jeden Flächenabschnitt eine angepasste Stromzuleitungs- und Stromableitungselektrode geschaffen werden, mit denen genau dieser Bereich mit der gewünschten Stromdichte beaufschlagt wird. In einem benachbarten, ebenfalls im Wesentlichen rechteckformig definierten Flächenabschnitt kann ein weiteres Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden angeordnet werden und über eine zweite elektri- sehe Energiequelle mit einer angepassten Spannung oder einem angepassten Strom beaufschlagt werden, sodass die gleiche Stromdichte erzeugt wird wie in dem benachbarten, zuvor angegebenen Flächenabschnitt. Auf diese Weise kann der gesamte zu erwärmende Bereich in im Wesentlichen rechteckige Flä- chenabschnitte unterteilt werden und in jedem Flächenabschnitt die gleiche Stromdichte erzeugt werden. Durch Erzeugung der gleichen Stromdichten in allen Flächenabschnitten werden Querströme zwischen den Flächenabschnitten vermieden und damit wiederum Undefinierte Erwärmungsergebnisse verhindert. Die Stromdichte stellt sich aufgrund der Widerstandsverhältnisse zwangs- läufig ein und kann grundsätzlich nicht homogen erzwungen werden. Nur eine homogene Stromdichte erwirkt aber homogene Erwärmung, da immer die gleiche Leistung pro Fläche umgesetzt wird. Hier wird der Ansatz verfolgt, die Widerstandsverhältnisse in der Formplatine durch die beschriebene Art und Weise so einzustellen, dass homogene Stromdichten resultieren. Auf diese Weise kann eine gleichmäßi- ge konduktive Erwärmung auch eines unregelmäßig geformten Blechs oder eines unregelmäßig geformten zu erwärmenden Bereichs des Blechs realisiert werden. Durch die Erfindung kann somit der konduktive Erwärmungsprozess mit seinen Vorteilen universell für beliebig geformte Bleche einsetzbar gemacht werden. Zur Erzeugung nahezu gleicher, homogener Stromdichten kann dabei das Blech als Widerstand angesehen werden, in dem der über die Elektroden zugeführte Strom fließt.
Mit der Erfindung können Bleche nahezu zunderfrei auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Der Erwärmungsprozess kann in einem Zeitraum von 10 Sekunden oder weniger durchgeführt werden . Die Erwärmungsdauer kann dabei durch die Größe der Stromzufuhr festgelegt werden. Grundsätzlich gilt, je mehr Strom durch das Blech geführt wird, desto schneller kann die Erwärmung durchgeführt werden. Als Blech kommt jedes Blech aus elektrisch leitfähigem Metall in Frage, wie z. B. Stahl-, Aluminium- und Magnesiumbleche. Das Blech weist dabei in einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung eine gleichbleibende Materialdicke auf, zumindest bevor es nach dem konduktiven Erwärmungsprozess weiter bearbeitet wird und dabei gegebenenfalls umgeformt wird . Eine Stromzuleitungselektrode dient dabei zum Einleiten elektrischen Stroms von der elektrischen Energiequelle in das Blech. Eine Stromableitungselektrode dient zum Ableiten des Stroms von dem Blech zurück zur elektrischen Energiequelle. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die elektrischen Energiequellen derart dimensioniert, dass über alle Paare von ei- nander zugeordneten Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden gleiche Stromdichten von den Stromzuleitungselektroden in das Blech eingeleitet und über die Stromableitungselektroden von dem Blech abgeleitet werden .
Die Anzahl der verwendeten Stromzuleitungselektroden kann gleich oder un- gleich der Anzahl der verwendeten Stromableitungselektroden sein. Bei gleicher Anzahl ist es vorteilhaft, wenn jeweils eine Stromzuleitungselektrode und eine Stromableitungselektrode ein Paar solcher Elektroden, die jeweils an dieselbe elektrische Energiequelle angeschlossen sind, bilden. Es ist auch möglich, z. B. zwei Stromzuleitungselektroden elektrisch miteinander zu verbinden oder zwei Stromableitungselektroden elektrisch miteinander zu verbinden . Die jeweils nicht miteinander verbundenen Elektroden sind dann an verschiedene elektrische Energiequellen mit unterschiedlicher Spannung verbunden, sodass wiederum gleiche Stromdichten in benachbarten Flächenbereichen in dem Blech erzeugt werden können.
Die voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen müssen dabei zumindest an einem ihrer Anschlüsse (Plus oder Minus) voneinander elektrisch getrennt sein . In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind die mehreren Energiequellen untereinander nicht verbunden und nicht geerdet. Hierdurch "schwimmt" sich das Potential der benachbarten Energiequellen an der Berührungslinie ein, ähnlich wie bei mehreren gleichzeitig betriebenen Punktschwei- ßungen an einer Fahrzeugkarosserie. Das "Einschwimmen" ist ein bekannter Begriff aus der Widerstandsschweißtechnik.
Zur Sicherstellung der gleichen Stromdichten in dem Blech ist es ferner vorteil- haft, wenn zwischen einem Paar von einander zugeordneten Stromableitungsund Stromzuleitungselektroden keine andere Elektrode angeordnet wird, über die dem Blech von einer weiteren elektrischen Energiequelle Strom zugeleitet oder von dem Blech Strom zu einer weiteren elektrischen Energiequelle abgeleitet wird. Hierdurch werden Unregelmäßigkeiten in der gewünschten gleichen Stromdichte in dem Blech vermieden.
Wie erwähnt, kann der konduktiv zu erwärmende Bereich in im Wesentlichen rechteckige Flächenabschnitte aufgeteilt werden . Der konduktiv zu erwärmende Bereich kann auch in trapezförmige Flächenabschnitte oder im Wesentlichen trapezförmige Flächenabschnitte aufgeteilt werden . Auch eine Kombination ist vorteilhaft, d .h . eine Aufteilung des konduktiv zu erwärmenden Bereichs in rechteckige und/oder trapezförmige Flächenabschnitte. Zur Erreichung gleicher Stromdichten in trapezförmigen Flächenabschnitten wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Paar von Blechen durch mehrere elektrisch gegeneinander isolierte, nebeneinander entlang eines Übergangsbereichs von einem zum anderen Blech in deren jeweils trapezförmigen Flächenabschnitten angeordneten Übertragungselektroden miteinander elektrisch verbunden. Durch entsprechend gegensätzliche Anordnungen des einen Blechs gegenüber dem anderen Blech kann auf diese Weise bzgl. der zwei mittels der Übergangselektroden verbundenen trapezförmigen Flächenabschnitte wiederum ein insgesamt rechteckförmiger Flächenabschnitt geschaffen werden, an den an einer Seite wenigstens eine Stromzuleitungselektrode und an der anderen Seite wenigstens eine Stromableitungselektrode angeschlossen werden kann. Auf diese Weise wird die Flexibilität und Anwendbarkeit des erfindungs- gemäßen Verfahrens weiter erhöht. Vorteilhaft ist es dabei, trapezförmige Flächenabschnitte der Bleche mit gleicher oder spiegelsymmetrischer äußerer Kontur miteinander über die Übergangselektroden zu verbinden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können auch trapezförmige Flächenabschnitte desselben Blechs paarweise elektrisch miteinander über die Übertragungselektroden miteinander elektrisch verbunden werden, um sich elektrisch dann wie ein rechteckförmiger Flächenabschnitt zu verhalten . Hierzu sind die trapezförmigen Flächenabschnitte geeignet einzuteilen, insbesondere mit gleichen Winkeln abgeschrägter Seiten. Im Ergebnis können somit auch bei trapezförmigen Flächenabschnitten auf diese Weise homogene Widerstandsverhältnisse analog zu rechteckförmigen Blechen realisiert werden .
Gemäß der Lehre der Erfindung werden damit vielfältig kompliziert geformte Bleche auf eine Rechteckform bzw. eine Kombination von Rechteckformen zurückgeführt, sodass mit geringem operativem Aufwand gleiche Stromdichten erzeugt werden können .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden jeweils als längliche, sich mit ihrer größten Abmessung über einen Abschnitt der äußeren Kontur des konduktiv zu erwärmenden Bereichs erstreckende Elektroden ausgebildet, die jeweils nur an einem Ende mit einer elektrischen Zuleitung mit der elektrischen Energiequelle verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Ener- gie an einer definierten Stelle der Elektrode eingespeist bzw. abgeführt wird . Dies vereinfacht die Berechnung und Auslegung der erforderlichen Elektroden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden an diagonal gegenüberlie- genden Enden mit der elektrischen Energiequelle verbunden. Dies hat den Vorteil, dass sich für jede Stromlinie des durch das Blech fließenden Stroms der- selbe Gesamtwiderstand ergibt, da jeweils ein mehr oder weniger großer Anteil der Stromzuleitungs- und Stromableitungselektrode durchflössen werden muss und diese Anteile für jede Stromlinie in Summe immer denselben Wert ergeben. Auch hierdurch kann das Ziel einer gewünschten gleichen Stromdichte in dem Blech gefördert werden . Es gilt:
Gesamtwiderstand = Innenwiderstand der Stromquelle + Widerstände
Zuleitungen + Elektroden + Blech.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden als mit einem Kühlmedium gekühlte Elektroden ausgebildet. So kann als Kühlmedium z. B. durch einen Hohlkanal der jeweiligen Elektrode Kühlwasser geleitet werden. Die Kühlung der Elektroden hat den Vorteil, dass sich diese nicht unerwünscht erhitzen und eine erwärmungsbedingte Widerstandsänderung der Elektroden vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die gekühlten Elektroden auch das angrenzende Blech gekühlt wird, sodass durch entsprechende Anordnung der Elektroden an gewünschten, nicht zu erwärmenden Bereichen des Blechs eine Erwärmung und eine damit einhergehende Härtung vermieden werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass durch d ie Lage und Anordnung der Elektroden z. B. Schnittbereiche bei der späteren Weiterverarbeitung des Bauteils, d.h . des Blechs nach der Umformung, definiert werden können, die nicht gehärtet sind. Auf diese Weise kann ein Randbeschneiden mit konventionellen Werkzeugen erfolgen, z. B. durch das sehr wirtschaftlich anwendbare Scherschneiden. Ein aufwendigeres Hartbeschneiden ist nicht erforderlich. Auch für ein Fügen des Bauteils in späteren Schweißprozessen ist es günstig, nicht gehärtete Randbereiche zu haben . Eine Härtung kann durch einen anschließenden Presshärteprozess erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die konduktive Er- wärmung mittels Gleichstrom durchgeführt. Dies hat im Vergleich zu Wechselstrom den Vorteil, dass elektrische Verluste und sonstige nachteilige Effekte durch im System vorhandene Induktivitäten und Kapazitäten ausgeschlossen werden können. Es wird dadurch auch keine Blindleistung erzeugt. Die vorhandene elektrische Leistung kann vollständig in Form von Wirkleistung genutzt werden. Durch den Entfall induktiver Verluste können Leitungsquerschnitte und elektrische Energiequellen, z. B. Transformatoren, kleiner dimensioniert werden. Zudem wird Energie gespart. Die elektrischen Energiequellen können z. B. dreiphasig aus dem Drehstromnetz versorgt werden. Auch die Berechnung und Auslegung des gesamten Systems, insbesondere der Elektroden und deren Anordnung, vereinfacht sich, weil mit den einfacheren, für Gleichstrom gelten- den elektrotechnischen Gesetzmäßigkeiten gearbeitet werden kann.
Durch die Erfindung kann auf komplizierte Steuerungen für die Erzeugung gleichmäßiger Stromdichten im Blech verzichtet werden. Hierdurch kann die konduktive Erwärmungseinrichtung vergleichsweise einfach und kostengünstig realisiert werden .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden während des konduktiven Erwärmungsprozesses voneinander fortbewegt, um das Blech zu strecken . Hierdurch kann eine erwärmungsbedingte Ausdehnung des erwärmten Bereichs des Blechs während des Erwärmungsprozesses kompensiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Stromzufüh- rung zu einer Stromzuleitungselektrode, zur Stromübertragung von oder zu einer Übertragungselektrode und/oder zur Stromableitung von einer Stromableitungselektrode ein Parallelleiter an diese Elektrode angeschlossen, der über einen Teil des zu erwärmenden Blechs parallel zu den Stromlinien darin fließender Ströme gegenüber dem Blech elektrisch isoliert über das Blech geführt wird. Der Parallelleiter kann insbesondere an einem Randbereich eines zu erwärmenden rechteckigen oder trapezförmigen Flächenabschnitts geführt sein. Dies hat den Vorteil, dass durch entsprechende Anordnung eines solchen Parallelleiters bestimmte Bereiche des Blechs von einer Erwärmung ausgeschlossen werden können und zugleich die Stromlinien in einem dem Parallelleiter benachbarten zu erwärmenden Flächenabschnitt in der gewünschten Richtung geführt werden können . Insbesondere kann ein unerwünschter Stromfluss durch den nicht zu erwärmenden Bereich des Blechs durch Stromverdrängungseffekte (Abstoßung von parallel angeordneten stromdurchflossenen Leitern) vermieden werden. Die Feldlinien stoßen sich ebenfalls ab. Auf diese Weise können z. B. sogenannte Tailored Tempered Blanks hergestellt werden, d. h . Bleche, die nur in bestimmten, gewünschten Bereichen gehärtet sind und in anderen Bereichen ungehärtet bleiben. Dies ist z. B. bei Fahrzeugkarosserieteilen zum Erzeugen eines bestimmten Verformungsverhaltens im Crashfall gewünscht. Der Parallelleiter muss elektrisch isoliert sein, aber nicht unbedingt thermisch. Auf diese Weise kann der Parallelleiter eine erwünschte Kühlung des Blechs bewirken.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Parallelleiter als mit einem Kühlmedium gekühlte Leiter ausgebildet.
Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem gemäß Anspruch 1 1 gelöst durch eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckförmig ist, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung eine an die äußere Kontur angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Strom- ableitungselektroden aufweist, die stückweise voneinander getrennt entlang der äußeren Kontur angeordnet sind und über separate elektrische Zuleitungen mit voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen verbunden oder verbindbar sind, wobei die elektrischen Energiequellen derart dimensioniert sind, dass zwischen allen Paaren von einander zugeordneten Stromzulei- tungs- und Stromableitungselektroden gleiche Stromdichten in dem Blech erzeugt werden . Mit der konduktiven Erwärmungseinrichtung sowie den nachfol- gend genannten weiteren Ausgestaltungen der konduktiven Erwärmungsein- richtung können ebenfalls die zuvor bezüglich des Verfahrens zum konduktiven Erwärmen genannten Vorteile realisiert werden . Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens der zuvor beschriebenen Art eingerichtet. So können z. B. die elektrischen Energiequellen als Gleichstromquellen ausgebildet sein . Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die konduktive Erwärmungseinrichtung eine Streckvorrichtung auf, die zum Strecken des Blechs zumindest in dem konduktiv erwärmten Bereich während des Erwärmungsprozesses eingerichtet ist. Die Streckvorrichtung kann insbesondere dazu eingerichtet sein, während des konduktiven Erwärmungsprozesses bestimm- te Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden voneinander fortzubewegen .
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Elektrodenanordnung der konduktiven Erwärmungseinrichtung Übertragungselektroden zur Stromübertragung zwischen zwei in der konduktiven Erwärmungseinrichtung gleichzeitig erwärmten Blechen auf.
Unter Anwendung der zuvor erläuterten konduktiven Erwärmungseinrichtung kann ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs z. B. derart durchgeführt werden, dass das zu erwärmende Blech in der konduktiven Erwärmungseinrichtung angeordnet wird, dann Elektroden der konduktiven Erwärmungseinrichtung auf das Blech gepresst werden und dann der elektrische Stromfluss durch das Blech über die Elektroden eingeschaltet wird, um die konduktive Erwärmung durchzuführen, und nach ausreichender Erwärmung die Elektroden wieder vom Blech entfernt werden, wobei es vorteilhaft ist, zuvor den Stromfluss abzuschalten . Das Blech kann dann im erwärmten Zustand wei- ter verarbeitet werden, z. B. durch Pressen in eine gewünschte Form gebracht werden.
Zur Bereitstellung des Gleichstroms kann eine elektrische Energiequelle z. B. einen Schweißgleichrichter aufweisen . Auf diese Weise kann auf einfache und kostengünstige Weise der erforderliche Gleichstrom in der gewünschten Höhe von mehreren Tausend Ampere bereitgestellt werden.
Die Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden kön- nen z. B. aus Kupfer oder legiertem Kupfer hergestellt sein, z. B. aus CuCoBe oder CuBe2. Insbesondere mit den letztgenannten Legierungen können sehr harte, robuste Elektroden bereitgestellt werden . Die genannten Parallelleiter können aus demselben Material oder einem anderen Material hergestellt werden. Für die elektrische Isolation der Parallelleiter können diese z. B. an der Oberfläche eine plasmagespritzte Keramikschicht aufweisen.
Der konduktive Erwärmungsprozess kann gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wärmegekapselt durchgeführt werden. Dabei werden die Bleche durch eine äußere Wärmekapselung, z. B. eine Wärmeisolierung der konduktiven Erwärmungseinrichtung, thermisch von der Umgebung abgeschirmt. Hierdurch wird die Wärmestrahlung in die Umgebung reduziert und damit Kosten und Erwärmungszeit eingespart. Versuche haben gezeigt, dass einfache Wärmeabschirmplatten schon gute Vorteile bieten. Eine Isolierung wie im Ofenbau ist noch besser. Hierdurch können auch Umwelteinflüsse für den Erwärmungspro- zess ausgeschlossen werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blech-Rohteil zur Herstellung einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs und
Figur 2 zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 1 und
Figur 3 eine konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech- Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 4 eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei
Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 5 die Anordnung eines Parallelleiters auf einem Blech in Querschnittsdarstellung und
Figur 6 eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei
Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 7 eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei
Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 8 eine Ausführungsform einer Elektrode in perspektivischer Darstel- lung.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. Die Figur 1 zeigt in Draufsicht ein in eine bestimmte Form geschnittenes Blech 1 , das z. B. aus einem Stahlcoil ausgeschnitten ist. Es handelt sich um ein Rohbauteil für eine B-Säule eines Kraftfahrzeugs vor dem Umformen in einer Presse. Um das Blech 1 mit gleichmäßiger Stromdichte im gesamten Bereich konduktiv zu erwärmen, wird das Blech 1 zunächst in im Wesentlichen recht- eckformige Flächenabschnitte 2, 4 und einen im Wesentlichen trapezförmigen Flächenabschnitt 3 unterteilt. Entsprechend der Unterteilung in die Flächenabschnitte 2, 3, 4 werden Elektroden einer Elektrodenanordnung einer konduktiven Erwärmungseinrichtung maßgeschneidert hergestellt, die dann zur Durchführung des konduktiven Erwärmungsprozesses mit dem Blech 1 verbunden werden . Zur weiteren Optimierung des Fertigungsprozesses im Fall von nicht-recht- eckförmigen Flächenabschnitten, die sich aus der zuvor erläuterten Unterteilung ergeben, in diesem Fall dem Flächenabschnitt 3, werden in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung zwei Bleche 1 gleichzeitig in der kon- duktiven Erwärmungseinrichtung erwärmt. Dafür werden die zwei Bleche 1 zunächst wie in Figur 2 dargestellt angeordnet und die erforderlichen Elektroden entsprechend geschaffen.
Die Figur 3 zeigt die in Figur 2 dargestellten Bleche 1 , die gemäß Figur 3 noch etwas näher aneinander angeordnet sind, in einer konduktiven Erwärmungseinrichtung 1 0. Die konduktive Erwärmungseinrichtung 10 weist die zuvor erwähnte maßgeschneidert hergestellte Elektrodenanordnung auf, die Stromzuleitungselektroden 1 1 , 1 2, 13, 14, 15, Stromableitungselektroden 1 6, 1 7, 18, 19, 20 und Übertragungselektroden 31 aufweist. An den rechteckförmigen Flä- chenabschnitten 2, 4 der Bleche 1 sind jeweilige Paare von jeweils einer
Stromzuleitungselektrode und einer Stromableitungselektrode, wie in Figur 3 dargestellt, angeschlossen und mit jeweils einer eigenen elektrischen Energiequelle 21 , 22, 23, 24, 25, z. B. einem Transformator mit angeschlossenem Gleichrichter zur Bereitstellung von Gleichstrom, verbunden bzw. über einen in der Figur 3 nicht dargestellten elektrischen Schalter verbindbar. Der Stromfluss zwischen den jeweiligen Elektroden ist durch die auf dem jeweiligen Blech 1 dargestellten Pfeile wiedergegeben, die Stromlinien darstellen. Im mittleren Bereich der Bleche 1 , nämlich in den beiden trapezförmigen Flächenabschnitten 3, ist an dem rechts dargestellten Blech 1 eine Stromzuleitungselektrode 12 und an dem links dargestellten Blech 1 eine Stromableitungselektrode 1 9 angeschlossen. Um eine gleiche Stromdichte über die vertikale Erstreckung der trapezförmigen Flächenabschnitte 3 zu gewährleisten, sind die trapezförmigen Flächenabschnitte 3 in der Mitte zwischen den Blechen 1 mit mehreren Übertragungselektroden 31 miteinander verbunden. Die Übertragungselektroden 31 sind elektrisch voneinander isoliert, z. B. indem sie als Metallblöcke mit einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind . Auf diese Weise wird aus den zwei trapezförmigen Flächenabschnitten 3 ein in elektrischer Hinsicht einheitlicher rechteckförmiger Bereich zwischen den Elektroden 1 2, 19 geschaffen .
Die Übertragungselektroden 31 können z. B. bei einer Breite von 20 mm im Abstand von 5 mm voneinander entfernt angeordnet sein . Um eine gleichmäßige Beabstandung der Übertragungselektroden voneinander zu gewährleisten, können sie z. B. auf einer isolierenden Platte befestigt sein und als einstückige Übertragungselektroden-Anordnung auf die Bleche 1 gepresst werden . In einer Industrieumsetzung können z.B. alle Elektroden auf einer großen Grundplatte befes- tigt sein, mit Einbau z.B. in eine hydraulische Presse.
In vielen Fällen sollen Bleche wie das Blech 1 gemäß Figur 1 nicht an allen Stellen durch Erwärmung gehärtet werden, sondern es sollen z. B. zur Erzielung einer gewünschten Verformungscharakteristik im Crashfall eines Fahr- zeugs bestimmte Bereiche nicht gehärtet werden. Auch hierzu ist die vorliegende Erfindung geeignet. Die Figur 4 zeigt eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung 10, die dazu eingerichtet ist, die jeweiligen Flächenabschnitte 4 der Bleche 1 nicht zu erwärmen . Hierzu werden die Elektroden 14 bzw. 17 nicht direkt mit ihrer jeweiligen elektrischen Energiequelle 22 bzw. 25 verbun- den, sondern über entlang der Stromflussrichtung im jeweiligem Blech geführte Parallelleiter 26, 27. Durch die Parallelleiter 26, 27 kann ein weiterhin paralleler Verlauf der Stromlinien in den benachbarten Flächenabschnitten 3 hin zu den Übertragungselektroden 31 gewährleistet werden, was ohne die Parallelelektroden 26, 27 nicht sichergestellt wäre. Zudem können die Parallelelektroden 26, 27 gekühlt werden, was den weiteren Vorteil hat, dass sich die Kühlung auch auf das Blech 1 überträgt und damit eine unerwünschte Wärmeübertragung von den erwärmten Flächenabschnitten des Blechs in die nicht zu erwärmenden Flächenabschnitte 4 verhindert werden kann. In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden auch einige oder alle der übrigen Elektroden 1 1 , 1 2, 1 3, 14, 15, 16, 17, 18, 1 9, 20 gekühlt. Auch die Übertra- gungselektroden 31 können als gekühlte Elektroden ausgebildet sein . Die Figur 5 zeigt ein Beispiel für eine gekühlte Elektrode anhand des Parallelleiters 27. In Längsrichtung durch die jeweilige Elektrode verläuft eine Bohrung 28, die einen Kühlkanal bildet. Durch den Kühlkanal kann Kühlflüssigkeit, z. B. Kühl- wasser, geleitet werden. Sofern die Elektrode als Parallelleiter 26, 27 ausgebildet ist, ist dieser an der Außenoberfläche isoliert ausgebildet, d . h. es besteht kein elektrischer Kontakt zum Blech 1 . Bei den übrigen Elektroden 1 1 , 12, 1 3, 14, 15, 16, 1 7, 1 8, 19, 20, 31 ist selbstverständlich der elektrische Kontakt zum Blech 1 notwendig. Die Figur 5 zeigt anhand zweier Parallelleiter 27 beispiel- haft eine paarweise Anordnung oberhalb und unterhalb des Blechs 1 . Der unterhalb des Blechs 1 angeordnete Parallelleiter 27 stützt sich auf einem Gegenlager 32 gegenüber einer Anpresskraft F ab, die auf den oberhalb des Blechs 1 angeordneten Parallelleiter 27 ausgeübt wird .
Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer konduktiven Erwärmungseinrichtung 1 0, die bis auf die nachfolgend erläuterten Unterschiede der Einrichtung 10 gemäß Figur 4 entspricht. Gemäß Figur 6 sind die nicht zu erwärmenden Flächenbereiche der Bleche 1 gegenüber der Figur 4 noch etwas vergrößert und erfassen außer den Flächenabschnitten 4 noch daran angrenzende Randbereiche der Flächenabschnitte 3. Dementsprechend ist die konduktive Erwärmungseinrichtung hinsichtlich der Ausbildung der Parallelleiter 26, 27 sowie der Übertragungselektroden 21 angepasst, indem diese nicht als linear verlaufende Elektroden ausgebildet sind, sondern entsprechend den gewünschten, zu erwärmenden Flächenbereichen abgewinkelt sind . Die Stromzuleitungselektrode 12 und die Stromableitungselektrode 1 9 sind dementsprechend im Vergleich zu Figur 4 etwas verkürzt ausgebildet.
Die Bleche 1 können auch anders als zuvor in den Figuren 2 bis 6 dargestellt angeordnet werden, z. B. wie in der Figur 7 angegeben. Die rechteckförmigen Flächenabschnitte 2 und 4 sind dabei wie zuvor beschrieben mit den Stromzuleitungselektroden und den Stromableitungselektroden sowie den zugehörigen elektrischen Energiequellen verbunden . Bezüglich der mittleren, trapezförmigen Flächenabschnitte 3 ergibt sich im Vergleich zu den zuvor beschriebenen Ausführungsformen der Unterschied, dass zur Beibehaltung gleicher Stromdichten und damit gleichen Erwärmungsverhaltens zur Verbindung der Flä- chenabschnitte 3 zwischen den Blechen 1 nicht nebeneinander angeordnete Übertragungselektroden vorgesehen werden, sondern wie dargestellt über Kreuz angeordnete Übertragungselektroden 31 , sodass sich durch die Übertragungselektroden 31 eine spinnenförmige Konstruktion ergibt. Die Übertragungselektroden 31 sind dabei weiterhin elektrisch gegeneinander isoliert, z. B. indem die Elektroden in unterschiedlichen Höhenebenen aneinander vorbeigeführt sind oder als elektrisch isolierte Kabel ausgebildet sind . Hierdurch können homogene Widerstandsverhältnisse analog zu rechteckförmigen Blechen realisiert werden. Ein Vorteil dieser Ausführungsform ist die Einsparung von zwei Energiequellen, da die rechteckförmigen Flächenabschnitte 2, 4 der Platine als Reihenschaltung an eine Energiequelle angeschlossen werden können. So sind die Flächenabschnitte 2 in Reihe mit der Energiequelle 22 verbunden. Die Elektroden 14, 1 6 können miteinander verbunden oder zu einer Elektrode vereint werden . Die Flächenab- schnitte 4 sind in Reihe mit der Energiequelle 24 verbunden. Die Elektroden 15, 17 können miteinander verbunden oder zu einer Elektrode vereint werden.
Wie erwähnt ist es vorteilhaft, ein Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden an diagonal gegenüberliegenden Enden mit der elektrischen Energiequelle zu verbinden. Wie zudem in den Figuren erkennbar ist, ist es zusätzlich vorteilhaft, die Anschlussstellen der Anschlussleitungen der Energiequellen an die Elektroden an einer Seite (links/rechts) des Blechs möglichst weit voneinander entfernt anzuordnen, so dass die Stromeinleitstellen möglichst weiter auseinander liegen und die Stromableitstellen möglichst weiter auseinander liegen . Die Figur 8 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform einer Elektrode 80, die als Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektrode eingesetzt werden kann. Die Elektrode 80 weist wiederum eine Bohrung 28 auf, die einen Kühlkanal bildet. Die in der Darstellung gemäß Figur 8 nach oben weisende Oberfläche der Elektrode 80, die die Kontaktoberfläche der Elektrode zum Blech ist, ist uneben mit einer bestimmten Struktur ausgebildet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine kammartige Struktur erzeugt, indem zwischen Erhebungen 81 Nuten 82 gebildet sind . Durch eine solche unebene Oberfläche, die mit dem zu erwärmenden Blech in Kontakt gebracht wird, können gezielt vereinzelte Hotspots vermieden werden, d.h . Stellen, an denen eine überdurchschnittlich starke Erwärmung des Blechs erfolgt. Durch die Erzeugung einer Vielzahl verteilter kleiner Kontaktflächen mit den Blech, verteilt über die Oberfläche oder einen Teil der Oberfläche des zu erwärmenden Blechs, lässt sich verblüffender Weise eine Homogenisierung der Erwärmung erreichen, oh- ne dass durch die Kontaktflächen Beschädigungen erzeugt werden oder vereinzelte Hotspots auftreten . Auf diese Weise werden nachteilige Effekte bekannter Elektroden, bei denen zum Teil unerwünschte Hotspots auftreten, kompensiert. Hierdurch wird insbesondere eine homogene Erwärmung des Blechs gefördert. Diese ist günstig für die Durchführung eines kontrollierten, reproduzierbaren Härtungsprozesses des Blechs.
Bisher wurden Hotspots als nachteilig angesehen und es wurde versucht, diese zu vermeiden, weil sie den Nachteil haben, dass das Blech an solchen Stellen unkontrolliert erwärmt wird. Bei positivem Temperaturkoeffizienten des Blechs erhöht sich zudem mit der Erwärmung der spezifische elektrische Widerstand an solchen Stellen des Blechs, so dass eine Art Lawineneffekt eintritt, da sich die Hotspot-Bereiche vergleichsweise schnell erwärmen und es an den Stellen der höchsten Temperatur zu Beschädigungen des Blechs kommen kann
(Durchbrennen).
Demgemäß wird nach der hier beschriebenen neuen Lehre eine Undefinierte bzw. vereinzelte Erzeugung von Hotspots vermieden. Stattdessen werden viele kleine Kontaktstellen nahe beieinander erzeugt, die dann für einen kontrollierten, reproduzierbaren Erwärmungsprozess und damit für einen Härtungspro- zess des Blechs förderlich sind . Durch eine Kühlung der Elektrode kann dieser Effekt sogar noch verstärkt werden. Durch die Vielzahl kleiner Kontaktstellen kann eine Linie von„Mini-Hotspots" erzeugt werden, die die von der Kühlwirkung der Elektrode erzeugten Abkühlungen kompensiert.
Dementsprechend wird die erfindungsgemäße konduktive Erwärmungseinrich- tung weitergebildet, indem wenigstens eine Stromzuleitungs-, Stromableitungsund/oder Übergangselektrode als Elektrode 80 mit einer unebenen strukturierten Kontaktoberfläche ausgebildet ist. Die Kontaktoberfläche der Elektrode ist eine Oberfläche, die elektrisch in direkten Kontakt mit dem Blech gebracht wird. Die unebene strukturierte Kontaktoberfläche der Elektrode kann z.B.
durch Vorsehen einer Vielzahl rechtwinkliger Elektrodenkanten realisiert werden, wie in der Figur 8 dargestellt. Statt dem dargestellten linienförmigen Muster kann die unebene strukturierte Kontaktoberfläche auch durch punktuelle Erhebungen auf der Oberfläche gebildet sein . Die Oberflächenstruktur der Kontaktoberfläche kann eine regelmäßige oder unregelmäßige Struktur sein .
Das erfindungsgemäße Verfahren wird somit dahingehend weitergebildet, dass das konduktive Erwärmen des Blechs über eine unebene strukturierte Kontaktoberfläche wenigstens einer Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übergangselektrode erfolgt.

Claims

Patentansprüche:
1 . Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs (1 ), wobei das Blech (1 ) oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs (1 ) eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass eine an die äußere Kontur angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (1 1 -20) geschaffen wird, die stückweise voneinander getrennt entlang der äußeren Kontur angeordnet werden und mit voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen (21 -25) verbunden werden, die derart dimensioniert sind, dass zwischen allen Paaren von einander zugeordneten Stromzuleitungsund Stromableitungselektroden (1 1 -20) im Wesentlichen gleiche Stromdichten in dem Blech (1 ) oder den konduktiv zu erwärmenden Bereichen erzeugt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die nicht
rechteckförmige äußere Kontur des konduktiv zu erwärmenden Bereichs in im Wesentlichen rechteckige und/oder trapezförmige Flächenabschnitte (2, 3, 4) aufgeteilt wird und entsprechend der Aufteilung in die Flächenab- schnitte (2, 3, 4) eine daran angepasste Elektrodenanordnung bereitgestellt wird, die wenigstens Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (1 1 -20) und bei Vorhandensein wenigstens eines trapezförmigen Flächenabschnitts Übertragungselektroden (31 ) aufweist. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Bleche (1 ) mit jeweils wenigstens einem trapezförmigen Flächenabschnitt (3) ih- res konduktiv zu erwärmenden Bereichs paarweise konduktiv erwärmt werden, wobei ein Paar von Blechen (1 ) durch mehrere elektrisch gegeneinander isolierte, nebeneinander entlang eines Übergangsbereichs vom einen zum anderen Blech (1 ) angeordnete Übertragungselektroden (31 ) miteinander elektrisch verbunden werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (1 1 -20) jeweils als längliche sich mit ihrer größten Abmessung über einen Abschnitt der äußeren Kontur des konduktiv zu erwärmenden Bereichs erstreckende Elektroden ausgebildet sind, die jeweils nur an einem Ende (29, 30) mit einer elektrischen Zuleitung mit der elektrischen Energiequelle (21 -25) verbunden sind .
Verfahren nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet dass ein Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (1 1 - 20) an diagonal gegenüberliegenden Enden (29, 30) mit der elektrischen Energiequelle (21 -25) verbunden wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungs und/oder Übertragungselektroden (1 1 -20, 31 ) als mit einem Kühlmedium gekühlte Elektroden ausgebildet sind .
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch geken zeichnet, dass die konduktive Erwärmung mittels Gleichstrom durchge führt wird.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungsund/oder Übertragungselektroden (1 1 -20, 31 ) während des konduktiven Erwärmungsprozesses voneinander fort bewegt werden, um das Blech zu strecken.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Stromzuführung zu einer Stromzuleitungselektrode (1 1 - 15), zur Stromübertragung von oder zu einer Übertragungselektrode (31 ) und/oder zur Stromableitung von einer Stromableitungselektrode (16-20) ein Parallelleiter (26, 27) an diese Elektrode angeschlossen wird, der über einen Teil des zu erwärmenden Bleches (1 ) parallel zu Stromlinien darin fließender Ströme gegenüber dem Blech (1 ) elektrisch isoliert über das Blech (1 ) geführt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungsund/oder Übertragungselektroden (1 1 -20, 31 ) durch die Kontaktierung des Blechs einen Randbereich derart kühlen, dass keine Wärmebehandlung des Blechs im Anpressbereich der jeweiligen Elektroden erfolgt.
1 1 . Konduktive Erwärmungseinrichtung (1 0) zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs (1 ), wobei das Blech (1 ) oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs (1 ) eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckförmig ist, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (10) eine an die äußere Kontur angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (1 1 -20) aufweist, die stückweise voneinander getrennt entlang der äußeren Kontur angeordnet sind und über separate elektrische Zuleitungen mit voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen (21 -25) verbunden oder verbindbar sind, wobei die elektrischen Energiequellen (21 -25) derart dimensioniert sind, dass zwischen allen Paaren von einander zugeordneten Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (1 1 -20) gleiche Stromdichten in dem Blech (1 ) erzeugt werden.
12. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 1 0 eingerichtet ist.
13. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach Anspruch 1 1 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Energiequellen (21 -25) als Gleichstromquellen ausgebildet sind.
14. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 1 3, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (10) eine Streckvorrichtung aufweist, die zum Strecken des Bleches (1 ) zumindest in dem konduktiv erwärmten Bereich während des Erwärmungsprozesses eingerichtet ist.
15. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenanordnung der konduktiven Erwärmungseinrichtung (10) Übertragungselektroden (31 ) zur Stromübertragung zwischen zwei in der konduktiven Erwärmungsrichtung (10) gleichzeitig erwärmten Blechen (1 ) aufweist.
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