EP3259377A1 - Method for conductively heating sheet metal, electrode, and heating device therefor - Google Patents

Method for conductively heating sheet metal, electrode, and heating device therefor

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Publication number
EP3259377A1
EP3259377A1 EP15787138.5A EP15787138A EP3259377A1 EP 3259377 A1 EP3259377 A1 EP 3259377A1 EP 15787138 A EP15787138 A EP 15787138A EP 3259377 A1 EP3259377 A1 EP 3259377A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrode
sheet
contact
conductive heating
current
Prior art date
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Application number
EP15787138.5A
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German (de)
French (fr)
Other versions
EP3259377B1 (en
Inventor
Sven HÜBNER
Bernd-Arno Behrens
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Leibniz Universitaet Hannover
Original Assignee
Leibniz Universitaet Hannover
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Filing date
Publication date
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Publication of EP3259377A1 publication Critical patent/EP3259377A1/en
Application granted granted Critical
Publication of EP3259377B1 publication Critical patent/EP3259377B1/en
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    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05BELECTRIC HEATING; ELECTRIC LIGHT SOURCES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; CIRCUIT ARRANGEMENTS FOR ELECTRIC LIGHT SOURCES, IN GENERAL
    • H05B3/00Ohmic-resistance heating
    • H05B3/0004Devices wherein the heating current flows through the material to be heated
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D1/00General methods or devices for heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering
    • C21D1/34Methods of heating
    • C21D1/40Direct resistance heating
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C21METALLURGY OF IRON
    • C21DMODIFYING 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
    • C21D9/00Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor
    • C21D9/40Heat treatment, e.g. annealing, hardening, quenching or tempering, adapted for particular articles; Furnaces therefor for rings; for bearing races

Definitions

  • the invention relates to a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet or at least one conductively heated portion of the sheet has an outer contour which is rectangular or not rechteckformig, wherein for performing the conductive heating at least one electrode having a contact region in electrical contact is brought to the sheet and fed via the contact area of the electric current to carry out the conductive heating in the sheet and / or is derived from the sheet.
  • the invention also relates to an electrode for conductive heating of a sheet and to a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a sheet.
  • 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 Be4.000 Roaden and optionally facilities for performing other methods, such. B. shape property changes, coating, press hardening, etc., which are connected in terms of process technology.
  • components made of high-strength, ultra-high strength or ultra-high-strength material should be produced.
  • a sheet In press hardening, a sheet is heated to a temperature of about 930 ° C and cooled during molding.
  • a martensitic structure By targeted cooling (hardening) during press hardening via cooled pressing tools, a martensitic structure can be created that leads to the desired material properties, eg. B. to a tensile strength of more than 1 500 MPa strains in the 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), which is also disadvantageous. In order to counteract this, coatings are applied to the component surfaces in accordance with the prior art, which diffuse into the component during oven heating.
  • An alternative to conventional, relatively long-lasting heating is the heating of a sheet by a conductive heating process.
  • the sheet is heated by applying an electric current through the resulting current heat.
  • a typical heating process can be carried out in less than 10 seconds, which has the advantage that only very thin scale layers can form in the short time, which in turn has the advantage that no anti-scale coatings are required and the Tool wear is reduced.
  • a conductive heating process of metal sheets is e.g. As described in DE 1 0 2006 037 637 A1.
  • Hotspots are points of contact that arise during conductive heating with excessive heating compared to the environment. Physically, the prerequisite for homogeneous heating in a conductive heating process is the generation of approximately identical current densities within the entire sheet metal profile. Especially at the feed-in points or the current discharge points, ie. Where the electrodes are in contact with the sheet, this is difficult to realize.
  • Another problem of previous conductive heating processes is also that in the edge regions of the sheets, where the electrodes are brought into contact with the sheet, not the desired heating (austenitization) and the associated hardening of the sheet material can be achieved. Accordingly, the edge regions are not usable for the final component to be used or must be tolerated in an insufficiently hardened form. Accordingly, an additional manufacturing step is required to remove the edge areas, eg by laser cutting. Especially for small sheet metal parts, this leads to a relative unfavorable material utilization, since the proportion of the blend is relatively high.
  • the invention is therefore based on the object of specifying a method, an electrode and a heating device for conductive heating of a sheet, with which the mentioned problems can be solved.
  • 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 rectangular or non-rectangular, wherein at least one electrode to carry out the conductive heating a contact region is brought into electrical contact with the sheet and fed via the contact region of the electric current for performing the conductive heating in the sheet and / or is derived from the sheet, the electrode having an uneven, structured contact area with a plurality of spaced contact surfaces , is formed by a plurality of individual, spaced-apart contact points between the electrode and the sheet.
  • a square sheet is considered in the context of the invention as a special case of a rectangular sheet.
  • the invention has the advantage that by means of the electrode according to the invention, a relatively steep thermal gradient in the contact region between the electrode and the sheet can be produced, with the advantageous effect that the desired heat treatment of the sheet takes place in the region of the electrode. Especially for smaller components, the waste can be significantly reduced. In addition, can be dispensed with in many cases to an additional manufacturing step for separating the edge region of the sheet become.
  • the sheet remains cold in the contact area of the cooled electrode.
  • an area of influence of the electrode forms, which is insufficiently heated.
  • no complete austenitization and subsequent hardening can take place.
  • the physical reason is firstly the thermal cooling effect of the electrodes.
  • the resistance in the sheet generally increases with increasing heating. If the edge area of the sheet is cold, the resistance does not increase so much here.
  • the edge area of the sheet is in series with the rest of the sheet. For larger resistors more voltage drops and it is also more power implemented with the result of further heating. This creates an avalanche effect, which is detrimental to the heating of the sheet metal edge, ie the electrode influence area.
  • a further advantage of the invention is that the previous disadvantageous hotspots are not avoided, but are deliberately and specifically used by being generated homogeneously in the areas where there is normally insufficient heating, namely in the area of influence of the electrodes.
  • an electrode for conductively heating a metal sheet having a contact surface for making electrical contact with the metal sheet, the electrode having an uneven, structured contact region with a multiplicity of spaced contact surfaces through which a plurality of individual, spaced apart contact points between the electrode and the sheet can be formed
  • a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a metal sheet, wherein the conductive heating device has at least one electrode of the previously described type as current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode.
  • the electrode according to the invention with the uneven, structured contact region can be used as a current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode.
  • a current supply electrode serves to supply current, ie to feed, electrical current into the metal sheet for carrying out the conductive heating.
  • a Stromableitungselektrode serves to dissipate the electric current from the sheet.
  • a transfer electrode serves to transfer the electrical current from one metal sheet to another metal sheet, if these are heated in pairs, for example, in the case of trapezoidal surface sections.
  • transition electrodes can be used on a metal sheet in order to rich not to warm.
  • the invention further makes it possible to provide a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet or at least one conductively to be heated portion of the sheet has an outer contour, which is not rectangular, yet a uniform heating of the area to be heated can be achieved .
  • the sheet is called in the terminology of the expert also board and the non-rectangular board blank is called form board.
  • a suitable for this purpose conductive heating device should be specified.
  • a method for conductively heating a sheet wherein the sheet or at least one portion of the sheet to be conductively heated has an outer contour that is not rectangular, creating an outer contour matched arrangement of power supply and current dissipation electrodes, which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected to electrically isolated electrical energy sources which are dimensioned such that substantially equal current densities are generated in the sheet between all pairs of associated power supply and current discharge electrodes.
  • the invention has the advantage that a tailored to the outer contour of the sheet or the area to be heated sheet metal arrangement of power supply and current dissipation electrodes is provided, which are arranged piecewise separated along the outer contour and are acted upon by electrically separate electrical energy sources , So z. B.
  • the outer contour of the area to be heated in individual turn rectangular surface sections or at least substantially rectangular surface sections are divided and for each surface section a be created adapted power supply and current dissipation electrode, which is applied to exactly this area with the desired current density.
  • a further pair of power supply and current discharge electrodes can be arranged and applied via a second electrical energy source with a matched voltage or a matched current, so that the same current density is generated as in the adjacent, before specified area section. In this way, the entire area to be heated can be subdivided into substantially rectangular area sections, and the same current density can be generated in each area section.
  • 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 made scaled to the desired temperature. This reduces the effort required to ignite tion of the components and the tool wear during subsequent press hardening of the heated sheets is reduced, since the scale here abrasive grinding on the tool surface acts.
  • 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.
  • a sheet is every sheet of electrically conductive metal in question, such. B. steel, titanium, aluminum and magnesium sheets.
  • the sheet has, in an advantageous development of the invention, a constant material thickness, at least before it is further processed after the conductive heating process and optionally deformed.
  • 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 power supply electrodes in the sheet over all pairs of associated power supply and Stromableitungselektroden and derived from the sheet via the Stromableitungselektroden.
  • the number of current supply electrodes used may be equal to or different from 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. two Stromzulei- electrically connect to each other or electrically connect two Stromableitungselektroden each other. 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 separated electrical energy sources must be electrically separated from each other at least at one of their terminals.
  • the plurality of energy sources are not connected to each other and not grounded.
  • the potential of the adjacent energy sources "floats" at the contact line, similar to a plurality of simultaneously operated spot welds 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 area to be heated conductively into rectangular and / or trapezoidal regions. pezförmige 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.
  • the two trapezoidal surface sections connected by means of the transition electrodes are again provided with an overall rectangular surface section, to which at least one current supply electrode can be connected on one side and at least one current discharge electrode on the other side.
  • at least one current supply electrode can be connected on one side and at least one current discharge electrode on the other side.
  • 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.
  • 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 by the location and arrangement of the electrodes z. B.
  • Intersections in the subsequent further processing of the component i. of the sheet after forming, can be defined, which are not hardened.
  • edge trimming can be done with conventional tools, eg. B. by the very economical applicable shear cutting. A more elaborate Hartbesch is not required. Also for joining the component in later
  • 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. Also, the calculation and design of the entire system, in particular the electrodes and their arrangement is simplified, because you can work with the simpler, applicable to direct current electrical engineering laws.
  • 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 transmitting current from or to a transfer electrode and / or for current discharge from a current discharge electrode, which runs parallel to the flow lines flowing therein over part of the sheet to be heated is conducted electrically isolated over the sheet metal against 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.
  • an undesired current flow through the not to be warming area of the sheet can be avoided by StromverdrDeutschungs monoe (repulsion of parallel current-carrying conductors).
  • the field lines are also repelled.
  • tailored tempered blanks are made, ie sheets that are cured only in certain desired areas and remain uncured in other areas. This is z. B. desired in vehicle body parts for generating a certain deformation behavior in the event of a crash.
  • the parallel conductor must be electrically isolated, but not necessarily thermally. In this way, the parallel conductor can cause a desired cooling of the sheet.
  • one, several or all parallel conductors are designed as conductors cooled with a cooling medium.
  • the invention further relates to a conductive heating device for carrying out 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, wherein the conductive heating means to the outer contour adapted arrangement of power supply and current dissipation electrodes, which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected or connectable via separate electrical leads to each other with electrically separate electrical energy sources, wherein the electrical energy sources are dimensioned such that between all pairs of mutually associated Stromzu eins- and Stromableitungselektroden same current densities are generated in the sheet.
  • the conductive heating device is set up to carry out a method of the type described above.
  • 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 dissipation 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 be further processed in the heated state, for. 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, Stromableitungs- and / or transfer electrodes can, for. 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
  • Figure 5 shows the arrangement of a parallel conductor on a sheet in
  • FIG. 6 shows another conductive heating device and the two sheet-metal blanks according to Figure 2 and
  • Figure 8 shows an embodiment of an electrode in perspective
  • 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 surface sections 2, 4 and a substantially 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 area 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 metal sheets 1 shown in FIG. 2, which are arranged somewhat closer to each other according to FIG. 3, in a conductive heating device 10.
  • the conductive heating device 10 has the aforementioned custom-made electrode arrangement, the current supply electrodes 11, 12, 13 , 14, 15, current discharge electrodes 16, 17, 18, 19, 20 and transfer electrodes 31 has.
  • At the rectangular surface portions 2, 4 of the sheets respective pairs of each of a power supply electrode and a Stromableitungselektrode, as shown in Figure 3, connected and each with its own electrical energy source 21, 22, 23, 24, 25, z.
  • the current flow between the respective electrodes is represented by the arrows shown on the respective sheet 1, which represent streamlines.
  • a current supply electrode 12 and to the plate 1 shown on the left a Stromableitungselektrode 19 is connected to the plate 1 shown on the right.
  • the trapezoidal surface sections 3 are interconnected in the middle between the metal sheets 1 with a plurality of transfer electrodes 31. prevented.
  • 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, a uniform electrical rectangular area between the electrodes 12, 19 is created from the two trapezoidal surface portions 3.
  • 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 installation 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, but over along the direction of current flow in the respective sheet guided parallel conductor 26, 27 by the parallel conductors 26, 27 can continue a parallel course of the streamlines in the adjacent surface portions 3 are ensured to the transfer electrodes 31, which would not be ensured without the parallel electrodes 26, 27.
  • the parallel electrodes 26, 27 are cooled, which has the further advantage that the cooling also on the Sheet 1 transmits and thus undesirable heat transfer from the heated surface portions of the sheet can be prevented in the non-heated surface portions 4.
  • FIG. 5 shows an example of a cooled electrode on the basis of the parallel conductor 27.
  • a bore 28 which forms a cooling channel.
  • the cooling channel can coolant, z.
  • the electrode is designed as a parallel conductor 26, 27, this is formed insulated on the outer surface, d. H.
  • the electrical contact with the sheet 1 is necessary.
  • FIG. 5 shows, by way of example, a pairwise arrangement with two parallel conductors 27 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 accordingly the desired, to be heated surface areas are angled. Accordingly, the current supply electrode 12 and the current discharge electrode 19 are somewhat shortened in comparison with 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 connected as described above with the current supply electrodes and the current-carrying electrodes and the associated 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 portions 3 between the sheets 1 not juxtaposed transfer electrodes are provided, but as shown arranged crosswise Transfer electrodes 31, so that by the transfer electrodes 31 results in a spider-like 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.
  • homogeneous resistance ratios can be realized analogous to rectangular sheets.
  • 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 sections 4 are in series connected to the power source 24.
  • the electrodes 15, 17 can be connected together or combined to form an electrode.
  • connection points of the connection lines of the energy sources to the electrodes are as far apart as possible and the current discharge points as possible further apart.
  • 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 side of the electrode 80 pointing upwards in the illustration according to FIG. 8, which has the contact region 83 of the electrode 80 to the metal sheet, is formed uneven with a specific structure.
  • the uneven, structured contact area 83 thus formed has a multiplicity of elevations on which respective contact surfaces 81 are formed at the top, which are used for the actual electrical contacting of the metal sheet 1, i. between these contact surfaces 81 and the sheet 1, the plurality of individual, spaced-apart contact points with the electrode 80 is formed. Between the individual elevations or their contact surfaces 81, intermediate spaces 82 are formed, which in particular may have a groove-like shape.
  • a comb-like structure is created by 81 grooves 82 are formed between the elevations with the contact surfaces.
  • targeted isolated hotspots can be avoided, ie places where there is an above-average warming of the sheet.
  • the contact region 83 of the electrode is the region which is brought into direct electrical contact with the metal sheet.
  • the uneven structured contact area of the electrode may be e.g. by providing a plurality of angled, e.g. perpendicular, electrode edges are realized, as shown in Figure 8. Instead of the illustrated linear pattern, the uneven structured contact area may also be formed by punctiform elevations on the surface.
  • the surface structure of the contact area may be a regular or irregular structure.

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Abstract

The invention relates to a method for conductively heating sheet metal, wherein the sheet metal or at least a region of the sheet metal to be conductively heated has an outer contour which is rectangular or non-rectangular, wherein, in order to carry out the conductive heating, at least one electrode having a contact region is brought into electrical contact with the sheet metal and the electrical current is fed into and/or discharged out of the sheet metal in order to carry out the conductive heating, wherein the electrode has an uneven, structured contact region having a plurality of contact surfaces spaced apart from each other, via which a plurality of individual contact points are formed, spaced apart from each other between the electrode and the sheet metal. The invention further relates to an electrode for conductively heating a plate and a conductive heating apparatus for carrying out a method for conductively heating sheet metal.

Description

Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, Elektrode und Erwärmungseinrichtung dafür  Method for conductive heating of a sheet, electrode and heating device therefor
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 rechteckformig oder nicht rechteckformig ist, wobei zur Durchführung der konduktiven Erwärmung wenigstens eine Elektrode mit einem Kontaktbereich in elektrischen Kontakt mit dem Blech gebracht wird und über den Kontaktbereich der elektrische Strom zur Durchführung der konduktiven Erwärmung in das Blech eingespeist und/oder aus dem Blech abgeleitet wird . Die Erfindung betrifft außerdem eine Elektrode zum konduktiven Erwärmen eines Blechs sowie eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs. The invention relates to a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet or at least one conductively heated portion of the sheet has an outer contour which is rectangular or not rechteckformig, wherein for performing the conductive heating at least one electrode having a contact region in electrical contact is brought to the sheet and fed via the contact area of the electric current to carry out the conductive heating in the sheet and / or is derived from the sheet. The invention also relates to an electrode for conductive heating of a sheet and to a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a sheet.
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 Beschnitteinrichtungen sowie gegebenenfalls Einrichtungen zur Durchführung weiterer Verfahren, wie z. B. Formeigenschaftsänderungen, Beschich- tung, Presshärtung etc. auf, die prozesstechnisch miteinander verbunden sind . In vielen Fällen sollen dabei Bauteile aus hochfestem, höchstfestem bzw. ultra-höchstfestem Material hergestellt werden. In general, 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 Beschnitteinrichtungen and optionally facilities for performing other methods, such. B. shape property changes, coating, press hardening, etc., which are connected in terms of process technology. In many cases, components made of high-strength, ultra-high strength or ultra-high-strength material should be produced.
Beim Presshärten wird ein Blech auf eine Temperatur von ca. 930°C erwärmt und während der Formgebung abgekühlt. Durch gezielte Abkühlung (Härten) während des Presshärtens über gekühlte Presswerkzeuge kann ein martensitisches Gefüge geschaffen werden, dass zu den gewünschten Werkstoffeigenschaften führt, z. B. zu einer Zugfes- tigkeit 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 nachteilig 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. Auch unbeschichtetes Material wird industriell pressgehärtet. Hierfür erfolgt eine Zunderentfernung an den Bauteilen nach dem Pressen. Nachteilig ist der erhöhte Werkzeugverschleiß durch den harten Zunder, der abrasiv auf der Werkzeugoberfläche wirkt. In press hardening, a sheet is heated to a temperature of about 930 ° C and cooled during molding. By targeted cooling (hardening) during press hardening via cooled pressing tools, a martensitic structure can be created that leads to the desired material properties, eg. B. to a tensile strength of more than 1 500 MPa strains in the 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), which is also disadvantageous. In order to counteract this, coatings are applied to the component surfaces in accordance with the prior art, which diffuse into the component during oven heating. The production of coatings is associated with additional effort and costs. Uncoated material is also press-hardened industrially. For this purpose, a scale removal takes place on the components after pressing. A disadvantage is the increased tool wear by the hard scale, which acts abrasive on the tool surface.
Eine Alternative zur konventionellen, relativ lange dauernden Erwärmung ist die Erwärmung eines Blechs durch einen konduktiven Er- wärmungsprozess. Dabei wird das Blech durch Anlegen eines elektrischen Stroms durch die dabei entstehende Stromwärme erwärmt. Bei entsprechend großen elektrischen Strömen kann ein typischer Auf- wärmprozess in weniger als 10 Sekunden durchgeführt werden, was den Vorteil hat, dass sich in der kurzen Zeit nur sehr dünne Zunderschichten bilden können, was wiederum den Vorteil hat, dass keine Zunderschutzbeschichtungen erforderlich sind und der Werkzeugverschleiß reduziert wird. Ein konduktiver Erwärmungsprozess von Metallblechen ist z. B. in der DE 1 0 2006 037 637 A1 beschrieben . An alternative to conventional, relatively long-lasting heating is the heating of a sheet by a conductive heating process. The sheet is heated by applying an electric current through the resulting current heat. With correspondingly large electrical currents, a typical heating process can be carried out in less than 10 seconds, which has the advantage that only very thin scale layers can form in the short time, which in turn has the advantage that no anti-scale coatings are required and the Tool wear is reduced. A conductive heating process of metal sheets is e.g. As described in DE 1 0 2006 037 637 A1.
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 Kraftfahrzeugen, weisen jedoch nicht die- se 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. Aber auch die konduktive Erwärmung von einfacher geformten Blechen, d .h. rechteckigen Blechen oder Blechen mit rechteckigen Teilbereichen, die konduktiv zu erwärmen sind, ist mit Schwierigkeiten verbunden. The proposals from the prior art have hitherto been applicable in practice only to a very limited extent, because they are only suitable for heating processes of nearly rectangular components or rectangular partial regions of components. Many components to be manufactured in practice, eg. B. body parts for motor vehicles, but do not have the same ideal rectangular shape of the sheet to be heated or a portion of the sheet to be heated on. Rather, many components are irregular shaped. When applying the proposals of the prior art, uneven heating of the component would result, which in turn does not lead to the desired manufacturing results. But also the conductive heating of simple shaped sheets, ie. rectangular sheets or sheets with rectangular portions which are to be heated conductively, is associated with difficulties.
Insbesondere bei der punktuellen Stromeinleitung beim konduktiven Erwärmen, wie es beispielsweise für Formplatinen notwendig ist, ist das Problem der sogenannten Hotspots noch nicht befriedigend gelöst. Hotspots sind beim konduktiven Erwärmen entstehende punktuelle Stellen mit im Vergleich zur Umgebung zu starker Erwärmung. Physikalisch ist die Voraussetzung für eine homogene Erwärmung bei einem konduktiven Erwärmungsprozess die Erzeugung näherungsweise identischer Stromdichten innerhalb des gesamten Blechprofils. Gerade an den Einspeisestellen bzw. den Stromableitungsstellen, d .h. dort, wo die Elektroden in Kontakt mit dem Blech sind, ist dies schwierig zu realisieren. Particularly in the case of selective current introduction during conductive heating, as is necessary, for example, for printed circuit boards, the problem of so-called hotspots has not yet been satisfactorily solved. Hotspots are points of contact that arise during conductive heating with excessive heating compared to the environment. Physically, the prerequisite for homogeneous heating in a conductive heating process is the generation of approximately identical current densities within the entire sheet metal profile. Especially at the feed-in points or the current discharge points, ie. Where the electrodes are in contact with the sheet, this is difficult to realize.
Ein weiteres Problem bisheriger konduktiver Erwärmungsprozesse liegt zudem darin, dass in den Randbereichen der Bleche, dort wo die Elektroden in Kontakt mit dem Blech gebracht werden, nicht die gewünschte Erwärmung (Austenitisierung) und die damit verbundene Härtung des Blechmaterials erzielbar ist. Die Randbereiche sind dementsprechend für das endgültige, zu benutzende Bauteil nicht verwendbar oder müssen in nicht hinreichend gehärteter Form toleriert werden. Dementsprechend ist ein zusätzlicher Fertigungsschritt erforderlich, um die Randbereiche zu entfernen, z.B. durch Laserschneiden. Insbesondere bei kleinen Blechteilen führt dies zu einer relativ ungünstigen Materialausnutzung, da der Anteil des Verschnitts relativ hoch ist. Another problem of previous conductive heating processes is also that in the edge regions of the sheets, where the electrodes are brought into contact with the sheet, not the desired heating (austenitization) and the associated hardening of the sheet material can be achieved. Accordingly, the edge regions are not usable for the final component to be used or must be tolerated in an insufficiently hardened form. Accordingly, an additional manufacturing step is required to remove the edge areas, eg by laser cutting. Especially for small sheet metal parts, this leads to a relative unfavorable material utilization, since the proportion of the blend is relatively high.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, eine Elektrode sowie eine Erwärmungseinrichtung zum konduktiven Erwärmen eines Blechs anzugeben, mit dem die erwähnten Probleme gelöst werden können. The invention is therefore based on the object of specifying a method, an electrode and a heating device for conductive heating of a sheet, with which the mentioned problems can be solved.
Diese Aufgabe wird gemäß Anspruch 1 gelöst durch ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die rechteckförmig oder nicht rechteckförmig ist, wobei zur Durchführung der konduktiven Erwärmung wenigstens eine Elektrode mit einem Kontaktbereich in elektrischen Kontakt mit dem Blech gebracht wird und über den Kontaktbereich der elektrische Strom zur Durchführung der konduktiven Erwärmung in das Blech eingespeist und/oder aus dem Blech abgeleitet wird, wobei die Elektrode einen unebenen, strukturierten Kontaktbereich mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Kontaktoberflächen aufweist, durch die eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Kontaktstellen zwischen der Elektrode und dem Blech gebildet wird. Ein quadratisches Blech gilt in Sinne der Erfindung als Spezialfall eines rechteckförmigen Blechs. This object is achieved according to claim 1 by 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 rectangular or non-rectangular, wherein at least one electrode to carry out the conductive heating a contact region is brought into electrical contact with the sheet and fed via the contact region of the electric current for performing the conductive heating in the sheet and / or is derived from the sheet, the electrode having an uneven, structured contact area with a plurality of spaced contact surfaces , is formed by a plurality of individual, spaced-apart contact points between the electrode and the sheet. A square sheet is considered in the context of the invention as a special case of a rectangular sheet.
Die Erfindung hat den Vorteil, dass mittels der erfindungsgemäßen Elektrode ein relativ steiler Wärmegradient im Kontaktbereich zwischen der Elektrode und dem Blech erzeugt werden kann, mit dem vorteilhaften Effekt, dass auch im Bereich der Elektrode die gewünschte Wärmebehandlung des Blechs erfolgt. Insbesondere bei kleineren Bauteilen kann dadurch der Verschnitt erheblich reduziert werden. Zudem kann in vielen Fällen auf einen zusätzlichen Fertigungsschritt zum Abtrennen des Randbereichs des Blechs verzichtet werden. The invention has the advantage that by means of the electrode according to the invention, a relatively steep thermal gradient in the contact region between the electrode and the sheet can be produced, with the advantageous effect that the desired heat treatment of the sheet takes place in the region of the electrode. Especially for smaller components, the waste can be significantly reduced. In addition, can be dispensed with in many cases to an additional manufacturing step for separating the edge region of the sheet become.
Grundsätzlich ist es bei allen konduktiven Erwärmungsprozessen nämlich so, dass das Blech im Anpressbereich der gekühlten Elektrode kalt bleibt. Darüber hinaus bildet sich ein Einflussbereich der Elektrode aus, der nur unzureichend erwärmt wird. Hier kann keine vollständige Austenitisierung und spätere Härtung erfolgen. Dies betrifft insbesondere den Blechrand. Der physikalische Grund ist zum einen die thermische Kühlwirkung der Elektroden. Zum anderen gibt es einen Folgeeffekt. Der Widerstand im Blech steigt grundsätzlich mit zunehmender Erwärmung. Ist der Randbereich des Blechs kalt, steigt der Widerstand hier nicht so stark. Der Randbereich des Blechs befindet sich in einer Reihenschaltung mit dem Rest des Blechs. Bei größeren Widerständen fällt mehr Spannung ab und es wird auch mehr Leistung umgesetzt mit der Folge einer weiteren Erwärmung. Somit entsteht ein Lawineneffekt, der zum Nachteil der Erwärmung des Blechrands, also dem Elektrodeneinflussbereich geht. In principle, in all conductive heating processes, in fact, the sheet remains cold in the contact area of the cooled electrode. In addition, an area of influence of the electrode forms, which is insufficiently heated. Here, no complete austenitization and subsequent hardening can take place. This concerns in particular the sheet edge. The physical reason is firstly the thermal cooling effect of the electrodes. On the other hand there is a consequence effect. The resistance in the sheet generally increases with increasing heating. If the edge area of the sheet is cold, the resistance does not increase so much here. The edge area of the sheet is in series with the rest of the sheet. For larger resistors more voltage drops and it is also more power implemented with the result of further heating. This creates an avalanche effect, which is detrimental to the heating of the sheet metal edge, ie the electrode influence area.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass die bisherigen nachteiligen Hotspots nicht vermieden werden, sondern bewusst und ganz gezielt genutzt werden, indem sie homogen in den Bereichen erzeugt werden, wo normalerweise eine nicht ausreichende Erwärmung erfolgt, nämlich im Einflussbereich der Elektroden. A further advantage of the invention is that the previous disadvantageous hotspots are not avoided, but are deliberately and specifically used by being generated homogeneously in the areas where there is normally insufficient heating, namely in the area of influence of the electrodes.
Es werden daher viele kleine Hotspots im Blech direkt vor der Elektrode erzeugt, deren Abstand zueinander im Blechdickenbereich liegen. So können sie sich vorteilhaft nicht als Hotspot im Sinne einer ungleichmäßigen Erwärmung auswirken, sondern sie wirken flächig homogen in dem Randbereich des Blechs, also dem Elektrodeneinflussbereich, der sonst nicht ausreichend erwärmt wird. Darüber hinaus liegt die neue Elektrodengeometrie nicht vollflächig auf dem Blech auf, sodass vorteilhaft weniger Wärme durch die gekühlten Elektroden abgeführt wird. Des Weiteren kann sich vorteilhaft die Wärme in freiliegenden Bereichen im Elektrodenbereich besser entwickeln. Die Folgen sind eine Erwärmung des Blechs auf Zieltemperatur direkt vor der Elektrode und eine Erwärmung im direkten Elektrodenbereich. Therefore, many small hotspots are generated in the sheet directly in front of the electrode, the distance from each other in the sheet thickness range. Thus, they can advantageously not act as a hotspot in terms of uneven heating, but they act areal homogeneous in the edge region of the sheet, so the electrode influence range, which is not heated otherwise sufficient. In addition, the new electrode geometry is not completely on the sheet, so advantageously less heat is dissipated by the cooled electrodes. Furthermore, the heat can advantageously develop better in exposed areas in the electrode area. The consequences are a heating of the sheet to target temperature directly in front of the electrode and a heating in the direct electrode area.
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine Elektrode zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, mit einer Kontaktoberfläche zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zu dem Blech, wobei die Elektrode einen unebenen, strukturierten Kontaktbereich mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Kontaktoberflächen aufweist, durch die eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Kontaktstellen zwischen der Elektrode und dem Blech gebildet werden kann The aforementioned object is further achieved by an electrode for conductively heating a metal sheet, having a contact surface for making electrical contact with the metal sheet, the electrode having an uneven, structured contact region with a multiplicity of spaced contact surfaces through which a plurality of individual, spaced apart contact points between the electrode and the sheet can be formed
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine Elektrode der zuvor erläuterten Art als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode aufweist. The aforementioned object is further achieved by a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a metal sheet, wherein the conductive heating device has at least one electrode of the previously described type as current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode.
Die erfindungsgemäße Elektrode mit dem unebenen, strukturierten Kontaktbereich kann als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode verwendet werden. Eine Stromzuleitungselektrode dient zur Stromzuleitung, d.h. zur Einspei- sung, von elektrischem Strom in das Blech zur Durchführung der konduktiven Erwärmung. Eine Stromableitungselektrode dient zur Ableitung des elektrischen Stroms aus dem Blech. Eine Übertragungselektrode dient zur Übertragung des elektrischen Stroms von einem Blech zu einem anderen Blech, wenn diese z.B. bei trapezförmigen Flächenabschnitten paarweise erwärmt werden. Des Weiteren können Übergangselektroden auf einem Blech eingesetzt werden, um gezielt Be- reiche nicht zu erwärmen. The electrode according to the invention with the uneven, structured contact region can be used as a current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode. A current supply electrode serves to supply current, ie to feed, electrical current into the metal sheet for carrying out the conductive heating. A Stromableitungselektrode serves to dissipate the electric current from the sheet. A transfer electrode serves to transfer the electrical current from one metal sheet to another metal sheet, if these are heated in pairs, for example, in the case of trapezoidal surface sections. Furthermore, transition electrodes can be used on a metal sheet in order to rich not to warm.
Der Erfindung ermöglicht es ferner, ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs anzugeben, wobei das Blech oder zumindest ein konduktiv zu erwärmender Bereich des Blechs eine äußere Kontur hat, die nicht rechteckförmig ist, mit dem dennoch eine gleichmäßige Erwärmung des zu erwärmenden Bereichs erzielt werden kann. Das Blech heißt in der Terminologie des Fachmanns auch Platine und der nicht-rechteckige Platinenzuschnitt heißt Formplatine. Ferner soll eine hierfür geeignete konduktive Erwärmungseinrichtung angegeben werden. The invention further makes it possible to provide a method for conductive heating of a sheet, wherein the sheet or at least one conductively to be heated portion of the sheet has an outer contour, which is not rectangular, yet a uniform heating of the area to be heated can be achieved , The sheet is called in the terminology of the expert also board and the non-rectangular board blank is called form board. Furthermore, a suitable for this purpose conductive heating device should be specified.
Dies wird ermöglicht durch 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, 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 erwärmenden 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 wiederum rechteckige Flächenabschnitte oder zumindest im Wesentlichen rechteckige Flächenabschnitte aufgeteilt werden und für jeden Flächenabschnitt eine an- gepasste Stromzuleitungs- und Stromableitungselektrode geschaffen werden, mit denen genau dieser Bereich mit der gewünschten Stromdichte beaufschlagt wird. In einem benachbarten, ebenfalls im Wesentlichen rechteckförmig definierten Flächenabschnitt kann ein weiteres Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden angeordnet werden und über eine zweite elektrische 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 Flächenabschnitte 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 zwangsläufig 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 gleichmäßige 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. This is made possible by a method for conductively heating a sheet, wherein the sheet or at least one portion of the sheet to be conductively heated has an outer contour that is not rectangular, creating an outer contour matched arrangement of power supply and current dissipation electrodes, which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected to electrically isolated electrical energy sources which are dimensioned such that substantially equal current densities are generated in the sheet between all pairs of associated power supply and current discharge electrodes. The invention has the advantage that a tailored to the outer contour of the sheet or the area to be heated sheet metal arrangement of power supply and current dissipation electrodes is provided, which are arranged piecewise separated along the outer contour and are acted upon by electrically separate electrical energy sources , So z. B. the outer contour of the area to be heated in individual turn rectangular surface sections or at least substantially rectangular surface sections are divided and for each surface section a be created adapted power supply and current dissipation electrode, which is applied to exactly this area with the desired current density. In a neighboring, likewise substantially rectangularly defined surface section, a further pair of power supply and current discharge electrodes can be arranged and applied via a second electrical energy source with a matched voltage or a matched current, so that the same current density is generated as in the adjacent, before specified area section. In this way, the entire area to be heated can be subdivided into substantially rectangular area sections, and the same current density can be generated in each area section. By generating the same current densities in all surface sections, 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. Here, 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. In this way, a uniform conductive heating of even an irregularly shaped sheet or an irregularly shaped to be heated area of the sheet can be realized. By means of the invention, the conductive heating process with its advantages can thus be made universally usable for any shaped metal sheets. In order to produce virtually identical, homogeneous current densities, the sheet can be regarded as a resistor in which the current supplied via the electrodes flows.
Mit der Erfindung können Bleche zunderarm auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Dadurch werden der Aufwand zur Entzünde- rung der Bauteile sowie der Werkzeugverschleiß beim anschließenden Presshärten der erwärmten Bleche reduziert, da der Zunder hierbei abrasiv schleifend auf der Werkzeugoberfläche wirkt. Der Erwär- mungsprozess 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. With the invention sheets can be made scaled to the desired temperature. This reduces the effort required to ignite tion of the components and the tool wear during subsequent press hardening of the heated sheets is reduced, since the scale here abrasive grinding on the tool surface acts. 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.
Als Blech kommt jedes Blech aus elektrisch leitfähigem Metall in Frage, wie z. B. Stahl-, Titan-, 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. As a sheet is every sheet of electrically conductive metal in question, such. B. steel, titanium, aluminum and magnesium sheets. The sheet has, in an advantageous development of the invention, a constant material thickness, at least before it is further processed after the conductive heating process and optionally deformed.
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 einander zugeordneten Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden gleiche Stromdichten von den Stromzuleitungselektroden in das Blech eingeleitet und über die Stromableitungselektroden von dem Blech abgeleitet werden. 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. According to an advantageous embodiment of the invention, the electrical energy sources are dimensioned such that the same current densities are introduced from the power supply electrodes in the sheet over all pairs of associated power supply and Stromableitungselektroden and derived from the sheet via the Stromableitungselektroden.
Die Anzahl der verwendeten Stromzuleitungselektroden kann gleich oder ungleich 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 Stromzulei- tungselektroden 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. The number of current supply electrodes used may be equal to or different from 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. two Stromzulei- electrically connect to each other or electrically connect two Stromableitungselektroden each other. 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.
Die voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen müssen dabei zumindest an einem ihrer Anschlüsse 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 Punktschweißungen an einer Fahrzeugkarosserie. Das "Einschwimmen" ist ein bekannter Begriff aus der Widerstandsschweißtechnik. The electrically separated electrical energy sources must be electrically separated from each other at least at one of their terminals. In an advantageous embodiment of the invention, the plurality of energy sources are not connected to each other and not grounded. As a result, the potential of the adjacent energy sources "floats" at the contact line, similar to a plurality of simultaneously operated spot welds on a vehicle body. The "swim" is a well-known term from the resistance welding technique.
Zur Sicherstellung der gleichen Stromdichten in dem Blech ist es ferner vorteilhaft, wenn zwischen einem Paar von einander zugeordneten Stromableitungs- und 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. To ensure the same current densities in the sheet, it is also advantageous if between a pair of associated Stromableitungs- and power supply electrodes, no other electrode is arranged, fed to the sheet of electricity from another electric power source or from the sheet of electricity to another electrical Energy source is derived. As a result, irregularities in the desired same current density in the sheet are avoided.
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 tra- pezförmige 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 erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erhöht. Vorteilhaft ist es dabei, trapezförmige Flächenabschnitte der Bleche mit gleicher oder spiegelsymmetrischer äußerer Kontur miteinander über die Übergangselektroden zu verbinden. As mentioned, 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 area to be heated conductively into rectangular and / or trapezoidal regions. pezförmige surface sections. To achieve the same current densities in trapezoidal surface portions, 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 a sheet with respect to the other sheet with respect to. the two trapezoidal surface sections connected by means of the transition electrodes are again provided with an overall rectangular surface section, to which at least one current supply electrode can be connected on one side and at least one current discharge electrode on the other side. In this way, the flexibility and applicability of the method according to the invention is further increased. It is advantageous to connect trapezoidal surface portions of the sheets with the same or mirror-symmetrical outer contour with each other via the transition electrodes.
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. According to an advantageous embodiment of the invention, 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. For this purpose, the trapezoidal surface portions are suitable to divide, in particular with equal angles bevelled sides.
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. As a result, even with trapezoidal surface sections in this way homogeneous resistance ratios can be realized analogous to rectangular sheets. According to the teachings of the invention, a variety of complicated shaped sheets are thus attributed to a rectangular shape or a combination of rectangular shapes, so that the same current densities can be generated with little operational effort.
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 Energie an einer definierten Stelle der Elektrode eingespeist bzw. abgeführt wird. Dies vereinfacht die Berechnung und Auslegung der erforderlichen Elektroden. According to an advantageous development of the invention, 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. This has the advantage that the electrical energy is fed or removed at a defined point of the electrode. This simplifies the calculation and design of the required electrodes.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden an diagonal gegenüberliegenden Enden mit der elektrischen Energiequelle verbunden. Dies hat den Vorteil, dass sich für jede Stromlinie des durch das Blech fließenden Stroms derselbe 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: According to an advantageous development of the invention, a pair of current supply and current discharge electrodes are connected at diagonally opposite ends to the electrical energy source. This has the advantage that the same total resistance results for each current line of the current flowing through the sheet, since in each case a more or less large portion of the current supply and current dissipation electrode must be flowed through and these shares for each streamline in sum always give the same value. This also allows the goal of a desired same current density in the sheet to be promoted. The following applies:
Gesamtwiderstand = Innenwiderstand der Stromquelle + Widerstände  Total resistance = internal resistance of the current source + resistors
Zuleitungen + Elektroden + Blech.  Supply lines + electrodes + sheet metal.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertra- gungselektroden 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 die Lage und Anordnung der Elektroden z. B. According to an advantageous development of the invention, one, several or all current supply, current derivation and / or transmission Supply electrodes 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 by the location and arrangement of the electrodes 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 Intersections in the subsequent further processing of the component, i. of the sheet after forming, can be defined, which are not hardened. In this way, edge trimming can be done with conventional tools, eg. B. by the very economical applicable shear cutting. A more elaborate Hartbeschneiden is not required. Also for joining the component in later
Schweißprozessen ist es günstig, nicht gehärtete Randbereiche zu haben. Eine Härtung kann durch einen anschließenden Presshärtepro- zess erfolgen. Welding processes, it is beneficial to have non-hardened edge areas. Curing can be done by a subsequent press hardening process.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die konduktive Erwärmung 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 geltenden elektrotechnischen Gesetzmäßigkeiten gearbeitet werden kann . According to an advantageous embodiment of the invention, 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. Also, the calculation and design of the entire system, in particular the electrodes and their arrangement is simplified, because you can work with the simpler, applicable to direct current electrical engineering laws.
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. By the invention can be dispensed with complicated controls for the generation of uniform current densities in the sheet. As a result, the conductive heating device can be realized comparatively easily and inexpensively.
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. According to an advantageous embodiment of the invention, 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. As a result, a heating-related expansion of the heated area of the sheet during the heating process can be compensated.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur Stromzuführung 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 er- wärmenden 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. According to an advantageous development of the invention, a parallel conductor is connected to this electrode for supplying current to a current supply electrode, for transmitting current from or to a transfer electrode and / or for current discharge from a current discharge electrode, which runs parallel to the flow lines flowing therein over part of the sheet to be heated is conducted electrically isolated over the sheet metal against 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. In particular, an undesired current flow through the not to be warming area of the sheet can be avoided by Stromverdrängungseffekte (repulsion of parallel current-carrying conductors). The field lines are also repelled. In this way, for. As so-called tailored tempered blanks are made, ie sheets that are cured only in certain desired areas and remain uncured in other areas. This is z. B. desired in vehicle body parts for generating a certain deformation behavior in the event of a crash. The parallel conductor must be electrically isolated, but not necessarily thermally. In this way, the parallel conductor can cause a desired cooling of the sheet.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Parallelleiter als mit einem Kühlmedium gekühlte Leiter ausgebildet. According to an advantageous development of the invention, one, several or all parallel conductors are designed as conductors cooled with a cooling medium.
Die Erfindung betrifft ferner 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 rechteckför- mig ist, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung eine an die äußere Kontur angepasste Anordnung von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden 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 Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden gleiche Stromdichten in dem Blech erzeugt werden. Mit der konduktiven Erwärmungseinrichtung sowie den nachfolgend genannten weiteren Ausgestaltungen der konduktiven Erwärmungseinrichtung 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. The invention further relates to a conductive heating device for carrying out 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, wherein the conductive heating means to the outer contour adapted arrangement of power supply and current dissipation electrodes, which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected or connectable via separate electrical leads to each other with electrically separate electrical energy sources, wherein the electrical energy sources are dimensioned such that between all pairs of mutually associated Stromzuleitungs- and Stromableitungselektroden same current densities are generated in the sheet. With the conductive heating device and the further embodiments of the conductive heating device mentioned below, the advantages mentioned above with regard to the method for conductive heating can likewise be realized. According to an advantageous development of the invention, 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.
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 bestimmte Stromzuleitungs-, Strom- ableitungs- und/oder Übertragungselektroden voneinander fortzubewegen. According to an advantageous development of the invention, 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 dissipation and / or transfer electrodes away from one another during the conductive heating process.
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. According to an advantageous development of the invention, the electrode arrangement of the conductive heating device has transfer electrodes for current transfer between two sheets simultaneously heated in the conductive heating device.
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 weiter 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. Using the conductive heating device explained above, 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 be further processed in the heated state, for. B. be brought by pressing in a desired shape. To provide the direct current, 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.
Die Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden können 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. The current supply, Stromableitungs- and / or transfer electrodes can, for. 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.
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 Erwärmungsprozess ausgeschlossen werden. 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. As a result, the heat radiation is reduced in the environment and thus saves costs and heating time. Experiments have shown that simple Wärmeabschirmplatten already offer good benefits. An insulation as in the furnace is even better. As a result, environmental influences for the heating process can be excluded.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert. The invention will be explained in more detail by means of embodiments using drawings.
Es zeigen Figur 1 ein Blech-Rohteil zur Herstellung einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs und Show it 1 shows a sheet blank for the production of a B-pillar of a motor vehicle and
Figur 2 zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 1 und Figure 2 shows two sheet-metal blanks according to Figure 1 and
Figur 3 eine konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei 3 shows a conductive heating device and the two
Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und  Sheet metal blanks according to Figure 2 and
Figur 4 eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und 4 shows another conductive heating device and the two sheet-metal blanks according to Figure 2 and
Figur 5 die Anordnung eines Parallelleiters auf einem Blech in Figure 5 shows the arrangement of a parallel conductor on a sheet in
Querschnittsdarstellung und  Cross-sectional view and
Figur 6 eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und 6 shows another conductive heating device and the two sheet-metal blanks according to Figure 2 and
Figur 7 eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und 7 shows a further conductive heating device and the two sheet-metal blanks according to Figure 2 and
Figur 8 eine Ausführungsform einer Elektrode in perspektivischer Figure 8 shows an embodiment of an electrode in perspective
Darstellung.  Presentation.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet. In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.
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 rechteckförmige 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- rechteckförmigen 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 konduktiven Erwärmungseinrichtung erwärmt. Dafür werden die zwei Bleche 1 zunächst wie in Figur 2 dargestellt angeordnet und die erforderlichen Elektroden entsprechend geschaffen. 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. In order to conductively heat the metal sheet 1 with a uniform current density in the entire region, the metal sheet 1 is first subdivided into substantially rectangular surface sections 2, 4 and a substantially trapezoidal surface section 3. Corresponding to the subdivision into the surface sections 2, 3, 4, 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. In order to further optimize the manufacturing process in the case of non-rectangular area sections which result from the subdivision explained above, in this case the area section 3, in an advantageous embodiment of the invention two sheets 1 are simultaneously heated in the conductive heating device. For this purpose, the two sheets 1 are first arranged as shown in Figure 2 and created the required electrodes accordingly.
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 10. Die konduktive Erwärmungseinrichtung 10 weist die zuvor erwähnte maßgeschneidert hergestellte Elektrodenanordnung auf, die Stromzuleitungselektroden 1 1 , 12, 13, 14, 15, Stromableitungselektroden 16, 17, 18, 19, 20 und Übertragungselektroden 31 aufweist. An den rechteckförmigen Flächenabschnitten 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 19 angeschlossen. Um eine gleiche Stromdichte über die vertikale Er- streckung der trapezförmigen Flächenabschnitte 3 zu gewährleisten, sind die trapezförmigen Flächenabschnitte 3 in der Mitte zwischen den Blechen 1 mit mehreren Übertragungselektroden 31 miteinander ver- bunden. 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 12, 19 geschaffen. FIG. 3 shows the metal sheets 1 shown in FIG. 2, which are arranged somewhat closer to each other according to FIG. 3, in a conductive heating device 10. The conductive heating device 10 has the aforementioned custom-made electrode arrangement, the current supply electrodes 11, 12, 13 , 14, 15, current discharge electrodes 16, 17, 18, 19, 20 and transfer electrodes 31 has. At the rectangular surface portions 2, 4 of the sheets 1, respective pairs of each of a power supply electrode and a Stromableitungselektrode, as shown in Figure 3, connected and each with its own electrical energy source 21, 22, 23, 24, 25, z. As a transformer with a rectifier connected to provide DC power, connected or connectable via an electrical switch, not shown in the figure 3. The current flow between the respective electrodes is represented by the arrows shown on the respective sheet 1, which represent streamlines. In the central region of the sheets 1, namely in the two trapezoidal surface portions 3, a current supply electrode 12 and to the plate 1 shown on the left a Stromableitungselektrode 19 is connected to the plate 1 shown on the right. In order to ensure the same current density over the vertical extension of the trapezoidal surface sections 3, the trapezoidal surface sections 3 are interconnected in the middle between the metal sheets 1 with a plurality of transfer electrodes 31. prevented. 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, a uniform electrical rectangular area between the electrodes 12, 19 is created from the two trapezoidal surface portions 3.
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 befestigt sein, mit Einbau z.B. in eine hydraulische Presse. 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 installation e.g. in a hydraulic press.
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 Fahrzeugs bestimmte Bereiche nicht gehärtet werden. Auch hierzu ist die vorliegende Erfindung geeignet. Die Figur 4 zeigt eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung 1 0, 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 verbunden, 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 many cases, sheets such as the sheet 1 according to Figure 1 should not be cured at all points by heating, but it should, for. B. certain areas are not hardened to achieve a desired deformation characteristics in the event of a crash of a vehicle. Also for this purpose, the present invention is suitable. 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. For this purpose, the electrodes 14 and 17 are not connected directly to their respective electrical energy source 22 and 25, but over along the direction of current flow in the respective sheet guided parallel conductor 26, 27 by the parallel conductors 26, 27 can continue a parallel course of the streamlines in the adjacent surface portions 3 are ensured to the transfer electrodes 31, which would not be ensured without the parallel electrodes 26, 27. In addition, the parallel electrodes 26, 27 are cooled, which has the further advantage that the cooling also on the Sheet 1 transmits and thus undesirable heat transfer from the heated surface portions of the sheet can be prevented in the non-heated surface portions 4.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung werden auch einige oder alle der übrigen Elektroden 1 1 , 12, 13, 14, 1 5, 16, 17, 18, 19, 20 gekühlt. Auch die Übertragungselektroden 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. Kühlwasser, 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 , 1 2, 13, 14, 15, 16, 17, 1 8, 19, 20, 31 ist selbstverständlich der elektrische Kontakt zum Blech 1 notwendig. Die Figur 5 zeigt anhand zweier Parallelleiter 27 beispielhaft 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. In an advantageous embodiment, some or all of the remaining electrodes 1 1, 12, 13, 14, 1 5, 16, 17, 18, 19, 20 are cooled. Also, the transfer 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. There is no electrical contact with the sheet 1. In the other electrodes 1 1, 1 2, 13, 14, 15, 16, 17, 1 8, 19, 20, 31 of course, the electrical contact with the sheet 1 is necessary. FIG. 5 shows, by way of example, a pairwise arrangement with two parallel conductors 27 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.
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 19 sind dementsprechend im Vergleich zu Figur 4 etwas verkürzt ausgebildet. 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. According to FIG. 6, 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. Accordingly, 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 accordingly the desired, to be heated surface areas are angled. Accordingly, the current supply electrode 12 and the current discharge electrode 19 are somewhat shortened in comparison with FIG.
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 Flächenabschnitte 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. 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 connected as described above with the current supply electrodes and the current-carrying electrodes and the associated electrical energy sources. With respect to the mean, 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 portions 3 between the sheets 1 not juxtaposed transfer electrodes are provided, but as shown arranged crosswise Transfer electrodes 31, so that by the transfer electrodes 31 results in a spider-like 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. As a result, homogeneous resistance ratios can be realized analogous to rectangular sheets.
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, 16 können miteinander verbunden oder zu einer Elektrode vereint werden. Die Flächenabschnitte 4 sind in Reihe mit der Energiequelle 24 verbunden. Die Elektroden 15, 17 können miteinander verbunden oder zu einer Elektrode vereint werden. 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. Thus, 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 sections 4 are in series connected to the power source 24. The electrodes 15, 17 can be connected together or combined to form an electrode.
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. As mentioned, it is advantageous to connect a pair of power supply and drain electrodes at diagonally opposite ends to the source of electrical energy. As can also be seen in the figures, it is additionally advantageous to arrange the connection points of the connection lines of the energy sources to the electrodes on one side (left / right) of the sheet metal as far apart as possible so that the current introduction points are as far apart as possible and the current discharge points as possible further apart.
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 Seite der Elektrode 80, die den Kontaktbereich 83 der Elektrode 80 zum Blech aufweist, ist uneben mit einer bestimmten Struktur ausgebildet. Der somit gebildete unebene, strukturierte Kontaktbereich 83 weist eine Vielzahl von Erhebungen auf, an denen oben jeweilige Kontaktoberflächen 81 gebildet sind, die zur eigentlichen elektrischen Kontaktierung des Blechs 1 dienen, d.h. zwischen diesen Kontaktoberflächen 81 und dem Blech 1 wird die Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Kontaktstellen mit der Elektrode 80 gebildet. Zwischen den einzelnen Erhebungen bzw. dessen Kontaktoberflächen 81 sind Zwischenräume 82 gebildet, die insbesondere eine nutenartige Form aufweisen können. 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 side of the electrode 80 pointing upwards in the illustration according to FIG. 8, which has the contact region 83 of the electrode 80 to the metal sheet, is formed uneven with a specific structure. The uneven, structured contact area 83 thus formed has a multiplicity of elevations on which respective contact surfaces 81 are formed at the top, which are used for the actual electrical contacting of the metal sheet 1, i. between these contact surfaces 81 and the sheet 1, the plurality of individual, spaced-apart contact points with the electrode 80 is formed. Between the individual elevations or their contact surfaces 81, intermediate spaces 82 are formed, which in particular may have a groove-like shape.
Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist eine kammartige Struktur erzeugt, indem zwischen den Erhebungen mit den Kontaktoberflächen 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 verblüffenderweise eine Homogenisierung der Erwärmung erreichen, ohne 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. In the illustrated embodiment, a comb-like structure is created by 81 grooves 82 are formed between the elevations with the contact surfaces. Through such an uneven surface, the can be brought into contact with the sheet to be heated targeted isolated hotspots can be avoided, ie places where there is an above-average warming of the sheet. By generating a plurality of distributed small contact surfaces with the sheet, distributed over the surface or part of the surface of the sheet to be heated, can be achieved surprisingly homogenization of the heating, without causing damage through the contact surfaces or sporadic hot spots occur. In this way, adverse effects of known electrodes, which sometimes undesirable hot spots occur compensated. As a result, in particular a homogeneous heating of the sheet is promoted. This is favorable for carrying out a controlled, reproducible hardening process of the sheet.
Zudem wird hierdurch der nutzbare Bereich des Blechs vergrößert, da insbesondere auch der unterhalb der Elektrode angeordnete Bereich des Blechs in der gewünschten Weise wärmebehandelt werden kann. Versuche haben gezeigt, dass durch die Verwendung einer erfindungsgemäßen Elektrode, z.B. in Form der erläuterten Kammelektrode, der Wärmegradient zwischen der erzeugten Hotspotlinie und dem Kühlbereich sehr steil ausfällt, mit der Konsequenz, dass direkt nach Elektrodenkontakt der volle Wärmeeintrag stattfindet. Somit erfolgt auf der Hotspotlinie genau eine Wärmebehandlung. Dementsprechend muss die bisher nicht nutzbare Übergangszone nicht mehr vom Bauteil abgetrennt werden, sodass der Verschnitt minimiert wird. In addition, this increases the usable area of the sheet, since in particular also the area of the sheet arranged below the electrode can be heat-treated in the desired manner. Experiments have shown that by using an electrode according to the invention, e.g. in the form of the illustrated comb electrode, the thermal gradient between the generated hotspot line and the cooling region is very steep, with the consequence that the full heat input takes place directly after electrode contact. Thus, exactly one heat treatment takes place on the hotspot line. Accordingly, the previously unusable transition zone must not be separated from the component, so that the waste is minimized.
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 Hot- spot-Bereiche vergleichsweise schnell erwärmen und es an den Stellen der höchsten Temperatur zu Beschädigungen des Blechs kommen kann (Durchbrennen). So far, 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. In addition, with a positive temperature coefficient of the sheet, the heating increases the specific electrical resistance at those points of the sheet, so that a kind of avalanche effect occurs, since the Heat spot areas comparatively quickly and damage to the sheet can occur at the highest temperature points (burning through).
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 Härtungsprozess 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. Accordingly, an undefined or sporadic generation of hotspots is avoided according to the new teaching described herein. Instead, many small contact points are created close to each other, which are then conducive to a controlled, reproducible heating process and thus to a hardening process of the sheet. By cooling the electrode, this effect can even be enhanced. Due to the large number of small contact points, a line of "mini-hotspots" can be generated, which compensates for the cooling caused by the cooling effect of the electrode.
Die Kontaktbereich 83 der Elektrode ist derjenige Bereich, der elektrisch in direkten Kontakt mit dem Blech gebracht wird. Der unebene strukturierte Kontaktbereich der Elektrode kann z.B. durch Vorsehen einer Vielzahl abgewinkelter, z.B. rechtwinkliger, Elektrodenkanten realisiert werden, wie in der Figur 8 dargestellt. Statt dem dargestellten linienförmigen Muster kann der unebene strukturierte Kontaktbereich auch durch punktuelle Erhebungen auf der Oberfläche gebildet sein. Die Oberflächenstruktur des Kontaktbereichs kann eine regelmäßige oder unregelmäßige Struktur sein . The contact region 83 of the electrode is the region which is brought into direct electrical contact with the metal sheet. The uneven structured contact area of the electrode may be e.g. by providing a plurality of angled, e.g. perpendicular, electrode edges are realized, as shown in Figure 8. Instead of the illustrated linear pattern, the uneven structured contact area may also be formed by punctiform elevations on the surface. The surface structure of the contact area may be a regular or irregular structure.

Claims

Patentansprüche: claims:
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 rechteckförmig oder nicht rechteckförmig ist, wobei zur Durchführung der konduktiven Erwärmung wenigstens eine Elektrode (80) mit einem Kontaktbereich (83) in elektrischen Kontakt mit dem Blech (1 ) gebracht wird und über den Kontaktbereich (83) der elektrische Strom zur Durchführung der konduktiven Erwärmung in das Blech (1 ) eingespeist und/oder aus dem Blech (1 ) abgeleitet wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (80) einen unebenen, strukturierten Kontaktbereich (83) mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Kontaktoberflächen (81 ) aufweist, durch die eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Kontaktstellen zwischen der Elektrode (80) und dem Blech (1 ) gebildet wird. 1 . Method for conductively heating a sheet (1), wherein the sheet (1) or at least one region of the sheet (1) to be conductively heated has an outer contour which is rectangular or non-rectangular, at least one electrode (for carrying out the conductive heating) 80) is brought into electrical contact with the metal sheet (1) with a contact region (83) and via the contact region (83) the electric current for carrying out the conductive heating is fed into the metal sheet (1) and / or out of the metal sheet (1) characterized in that the electrode (80) comprises an uneven textured contact area (83) having a plurality of spaced-apart contact surfaces (81) through which a plurality of discrete, spaced-apart contact locations between the electrode (80) and the sheet (10). 1) is formed.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (80) mit dem unebenen, strukturierten Kontaktbereich (83) als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode verwendet wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that the electrode (80) with the uneven, structured contact region (83) is used as the current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Vielzahl der Kontaktstellen während des konduktiven Erwärmens eine Vielzahl kleiner Hotspots in dem Blech (1 ) erzeugt werden. 3. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a plurality of small hotspots in the sheet (1) are generated by the plurality of contact points during the conductive heating.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht rechteckformige 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 Flächenabschnitte (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. 4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a non-rectangular outer contour of the conductive area to be heated in substantially rectangular and / or trapezoidal surface portions (2, 3, 4) is divided and according to the division into the surface portions (2, 3, 4) provided thereon an electrode assembly is provided, the at least current supply and Stromableitungselektroden (1 1 -20) and in the presence of at least one trapezoidal surface portion transfer electrodes (31).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bleche (1 ) mit jeweils wenigstens einem trapezförmigen Flächenabschnitt (3) ihres 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. Method according to one of the preceding claims, characterized in that sheets (1) each having at least one trapezoidal surface portion (3) of its conductive area to be heated are heated in pairs conductive, wherein a pair of sheets (1) by a plurality of electrically isolated from each other, side by side along a transition region from one to the other sheet (1) arranged transmission electrodes (31) are electrically connected to each other.
Elektrode (80) zum konduktiven Erwärmen eines Blechs (1 ), mit einer Kontaktoberfläche zur Herstellung eines elektrischen Kontakts zu dem Blech (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (80) einen unebenen, strukturierten Kontaktbereich (83) mit einer Vielzahl voneinander beabstandeter Kontaktoberflächen (81 ) aufweist, durch die eine Vielzahl einzelner, voneinander beabstandeter Kontaktstellen zwischen der Elektrode (80) und dem Blech (1 ) gebildet werden kann. An electrode (80) for conductively heating a sheet (1) having a contact surface for making electrical contact with the sheet (1), characterized in that the electrode (80) has a non-planar, structured contact region (83) with a plurality of spaced-apart ones Contact surfaces (81) through which a plurality of individual, spaced-apart contact points between the electrode (80) and the sheet (1) can be formed.
Elektrode nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass der unebene, strukturierte Kontaktbereich (83) der Elektrode (80) ganz oder teilweise durch eine Vielzahl abgewinkelter Kanten gebildet ist, die kammartig hintereinander in einer Reihe oder in mehreren Reihen nebeneinander angeordnet sind. Electrode according to the preceding claim, characterized in that the uneven, structured contact region (83) of the electrode (80) is wholly or partly formed by a multiplicity of angled edges arranged in a comb-like manner next to one another in a row or in a plurality of rows.
8. Elektrode nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekenn- zeichnet, dass der unebene, strukturierte Kontaktbereich (83) der Elektrode (80) Erhebungen aufweist, die die Kontaktoberflächen (81 ) beinhalten, und zwischen den Erhebungen nutenartige Zwischenräume (82) gebildet sind. 8. Electrode according to one of claims 6 or 7, characterized characterized in that the uneven, structured contact area (83) of the electrode (80) has protrusions which include the contact surfaces (81) and groove-like spaces (82) are formed between the protrusions.
9. Konduktive Erwärmungseinrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs (1 ), dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine Elektrode (80) nach einem der Ansprüche 6 bis9. Conductive heating device (10) for carrying out a method for conductive heating of a sheet (1), characterized in that the conductive heating device at least one electrode (80) according to one of claims 6 to
8 als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode aufweist. 8 as a current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode.
10. Konduktive Erwärmungseinrichtung nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingerichtet ist. 10. Conductive heating device according to the preceding claim, characterized in that the conductive heating device (10) is arranged for carrying out a method according to one of claims 1 to 5.
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