EP3259377B1

EP3259377B1 - Verfahren zum konduktiven erwärmen eines blechs und erwärmungseinrichtung dafür

Info

Publication number: EP3259377B1
Application number: EP15787138.5A
Authority: EP
Inventors: Sven HÜBNER; Bernd-Arno Behrens
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2015-08-14
Publication date: 2019-09-25
Anticipated expiration: 2035-08-14
Also published as: WO2016131501A1; EP3259377A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs zur Vorbereitung des Blechs auf einen anschließenden formgebenden Presshärtevorgang, 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. Die Erfindung betrifft außerdem eine konduktive Erwärmungseinrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs.
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, Beschichtung, Presshärtung etc. auf, die prozesstechnisch miteinander verbunden sind. In vielen Fällen sollen dabei Bauteile aus hochfestem, höchstfestem bzw. ultra-höchstfestem Material hergestellt werden.
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 Zugfestigkeit von über 1.500 MPa Dehnungen im Bereich von >5 %. Nachteilig bei solchen Erwärmungsprozessen sind die relativ langen Erwärmungszeiten, die bei der konventionellen Erwärmung z. B. in Rollenherdöfen auftreten. Als Folge der langen Erwärmungszeiten kommt es zu einer Zunderbildung am Material (Abbrand von Material), was ebenfalls 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.
Eine Alternative zur konventionellen, relativ lange dauernden Erwärmung ist die Erwärmung eines Blechs durch einen konduktiven Erwärmungsprozess. Dabei wird das Blech durch Anlegen eines elektrischen Stroms durch die dabei entstehende Stromwärme erwärmt. Bei entsprechend großen elektrischen Strömen kann ein typischer Aufwärmprozess in weniger als 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 10 2006 037 637 A1 und in der EP 2 489 747 A1 beschrieben.
Die Vorschläge aus dem Stand der Technik sind bisher in der Praxis nur sehr begrenzt anwendbar, weil sie sich nur für Erwärmungsprozesse von nahezu rechteckigen Bauteilen oder rechteckigen Teilbereichen von Bauteilen eignen. Viele in der Praxis zu fertigende Bauteile, z. B. Karosseriebauteile bei Kraftfahrzeugen, weisen jedoch nicht diese ideale Rechteckform des zu erwärmenden Blechs oder eines zu erwärmenden Bereichs des Blechs auf. Vielmehr sind viele Bauteile unregelmäßig geformt. Bei Anwendung der Vorschläge aus dem Stand der Technik wäre eine ungleichmäßige Erwärmung des Bauteils die Folge, was wiederum nicht zu den gewünschten Fertigungsergebnissen führt. 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.
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.
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.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie eine Erwärmungseinrichtung zum konduktiven Erwärmen eines Blechs anzugeben, mit dem die erwähnten Probleme gelöst werden können.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein quadratisches Blech gilt im Sinne der Erfindung als Spezialfall eines rechteckförmigen Blechs.
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.
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.
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.
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.
Hierzu eignet sich 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
Die eingangs genannte Aufgabe wird ferner gelöst durch eine konduktive Erwärmungseinrichtung gemäß Anspruch 6.
Die Elektrode mit dem unebenen, strukturierten Kontaktbereich kann als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode verwendet werden. Eine Stromzuleitungselektrode dient zur Stromzuleitung, d.h. zur Einspeisung, 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 Bereiche nicht zu erwärmen.
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.
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 angepasste 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.
Mit der Erfindung können Bleche zunderarm auf die gewünschte Temperatur gebracht werden. Dadurch werden der Aufwand zur Entzunderung der Bauteile sowie der Werkzeugverschleiß beim anschließenden Presshärten der erwärmten Bleche reduziert, da der Zunder hierbei abrasiv schleifend auf der Werkzeugoberfläche wirkt. Der Erwärmungsprozess kann in einem Zeitraum von 10 Sekunden oder weniger durchgeführt werden. Die Erwärmungsdauer kann dabei durch die Größe der Stromzufuhr festgelegt werden. Grundsätzlich gilt, je mehr Strom durch das Blech geführt wird, desto schneller kann die Erwärmung durchgeführt werden.
Als Blech kommt jedes Blech aus elektrisch leitfähigem Metall in Frage, wie z. B. Stahl-, 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.
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.
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 Stromzuleitungselektroden elektrisch miteinander zu verbinden oder zwei Stromableitungselektroden elektrisch miteinander zu verbinden. Die jeweils nicht miteinander verbundenen Elektroden sind dann an verschiedene elektrische Energiequellen mit unterschiedlicher Spannung verbunden, sodass wiederum gleiche Stromdichten in benachbarten Flächenbereichen in dem Blech erzeugt werden können.
Die voneinander elektrisch getrennten elektrischen Energiequellen müssen dabei zumindest an einem ihrer Anschlüsse 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.
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.
Wie erwähnt, kann der konduktiv zu erwärmende Bereich in im Wesentlichen rechteckige Flächenabschnitte aufgeteilt werden. Der konduktiv zu erwärmende Bereich kann auch in trapezförmige Flächenabschnitte oder im Wesentlichen trapezförmige Flächenabschnitte aufgeteilt werden. Auch eine Kombination ist vorteilhaft, d.h. eine Aufteilung des konduktiv zu erwärmenden Bereichs in rechteckige und/oder trapezförmige Flächenabschnitte. Zur Erreichung gleicher Stromdichten in trapezförmigen Flächenabschnitten wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ein Paar von Blechen durch mehrere elektrisch gegeneinander isolierte, nebeneinander entlang eines Übergangsbereichs von einem zum anderen Blech in deren jeweils trapezförmigen Flächenabschnitten angeordneten Übertragungselektroden miteinander elektrisch verbunden. Durch entsprechend gegensätzliche Anordnungen des einen Blechs gegenüber dem anderen Blech kann auf diese Weise bzgl. der zwei mittels der Übergangselektroden verbundenen trapezförmigen Flächenabschnitte wiederum ein insgesamt rechteckförmiger Flächenabschnitt geschaffen werden, an den an einer Seite wenigstens eine Stromzuleitungselektrode und an der anderen Seite wenigstens eine Stromableitungselektrode angeschlossen werden kann. Auf diese Weise wird die Flexibilität und Anwendbarkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens weiter erhöht. Vorteilhaft ist es dabei, trapezförmige Flächenabschnitte der Bleche mit gleicher oder spiegelsymmetrischer äußerer Kontur miteinander über die Übergangselektroden zu verbinden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung können auch trapezförmige Flächenabschnitte desselben Blechs paarweise elektrisch miteinander über die Übertragungselektroden miteinander elektrisch verbunden werden, um sich elektrisch dann wie ein rechteckförmiger Flächenabschnitt zu verhalten. Hierzu sind die trapezförmigen Flächenabschnitte geeignet einzuteilen, insbesondere mit gleichen Winkeln abgeschrägter Seiten.
Im Ergebnis können somit auch bei trapezförmigen Flächenabschnitten auf diese Weise homogene Widerstandsverhältnisse analog zu rechteckförmigen Blechen realisiert werden.
Gemäß der Lehre der Erfindung werden damit vielfältig kompliziert geformte Bleche auf eine Rechteckform bzw. eine Kombination von Rechteckformen zurückgeführt, sodass mit geringem operativem Aufwand gleiche Stromdichten erzeugt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden jeweils als längliche, sich mit ihrer größten Abmessung über einen Abschnitt der äußeren Kontur des konduktiv zu erwärmenden Bereichs erstreckende Elektroden ausgebildet, die jeweils nur an einem Ende mit einer elektrischen Zuleitung mit der elektrischen Energiequelle verbunden sind. Dies hat den Vorteil, dass die elektrische Energie an einer definierten Stelle der Elektrode eingespeist bzw. abgeführt wird. Dies vereinfacht die Berechnung und Auslegung der erforderlichen Elektroden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird ein Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden an diagonal 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 durchflossen werden muss und diese Anteile für jede Stromlinie in Summe immer denselben Wert ergeben. Auch hierdurch kann das Ziel einer gewünschten gleichen Stromdichte in dem Blech gefördert werden. Es gilt: $Gesamtwiderstand = Innenwiderstand der Stromquelle + Widerstände Zuleitungen + Elektroden + Blech .$
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden als mit einem Kühlmedium gekühlte Elektroden ausgebildet. So kann als Kühlmedium z. B. durch einen Hohlkanal der jeweiligen Elektrode Kühlwasser geleitet werden. Die Kühlung der Elektroden hat den Vorteil, dass sich diese nicht unerwünscht erhitzen und eine erwärmungsbedingte Widerstandsänderung der Elektroden vermieden wird. Ein weiterer Vorteil ist, dass durch die gekühlten Elektroden auch das angrenzende Blech gekühlt wird, sodass durch entsprechende Anordnung der Elektroden an gewünschten, nicht zu erwärmenden Bereichen des Blechs eine Erwärmung und eine damit einhergehende Härtung vermieden werden kann. Dies hat wiederum den Vorteil, dass durch die Lage und Anordnung der Elektroden z. B. Schnittbereiche bei der späteren Weiterverarbeitung des Bauteils, d.h. des Blechs nach der Umformung, definiert werden können, die nicht gehärtet sind. Auf diese Weise kann ein Randbeschneiden mit konventionellen Werkzeugen erfolgen, z. B. durch das sehr wirtschaftlich anwendbare Scherschneiden. Ein aufwendigeres Hartbeschneiden ist nicht erforderlich. Auch für ein Fügen des Bauteils in späteren Schweißprozessen ist es günstig, nicht gehärtete Randbereiche zu haben. Eine Härtung kann durch einen anschließenden Presshärteprozess erfolgen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird die konduktive 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.
Durch die Erfindung kann auf komplizierte Steuerungen für die Erzeugung gleichmäßiger Stromdichten im Blech verzichtet werden. Hierdurch kann die konduktive Erwärmungseinrichtung vergleichsweise einfach und kostengünstig realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung werden eine, mehrere oder alle Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden während des konduktiven Erwärmungsprozesses voneinander fortbewegt, um das Blech zu strecken. Hierdurch kann eine erwärmungsbedingte Ausdehnung des erwärmten Bereichs des Blechs während des Erwärmungsprozesses kompensiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird zur 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 erwärmenden Bereich des Blechs durch Stromverdrängungseffekte (Abstoßung von parallel angeordneten stromdurchflossenen Leitern) vermieden werden. Die Feldlinien stoßen sich ebenfalls ab. Auf diese Weise können z. B. sogenannte Tailored Tempered Blanks hergestellt werden, d. h. Bleche, die nur in bestimmten, gewünschten Bereichen gehärtet sind und in anderen Bereichen ungehärtet bleiben. Dies ist z. B. bei Fahrzeugkarosserieteilen zum Erzeugen eines bestimmten Verformungsverhaltens im Crashfall gewünscht. Der Parallelleiter muss elektrisch isoliert sein, aber nicht unbedingt thermisch. Auf diese Weise kann der Parallelleiter eine erwünschte Kühlung des Blechs bewirken.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung sind eine, mehrere oder alle Parallelleiter als mit einem Kühlmedium gekühlte Leiter ausgebildet.
Die 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 rechteckförmig 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.
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-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektroden voneinander fortzubewegen.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Elektrodenanordnung der konduktiven Erwärmungseinrichtung Übertragungselektroden zur Stromübertragung zwischen zwei in der konduktiven Erwärmungseinrichtung gleichzeitig erwärmten Blechen auf.
Unter Anwendung der zuvor erläuterten konduktiven Erwärmungseinrichtung kann ein Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs z. B. derart durchgeführt werden, dass das zu erwärmende Blech in der konduktiven Erwärmungseinrichtung angeordnet wird, dann Elektroden der konduktiven Erwärmungseinrichtung auf das Blech gepresst werden und dann der elektrische Stromfluss durch das Blech über die Elektroden eingeschaltet wird, um die konduktive Erwärmung durchzuführen, und nach ausreichender Erwärmung die Elektroden wieder vom Blech entfernt werden, wobei es vorteilhaft ist, zuvor den Stromfluss abzuschalten. Das Blech kann dann im erwärmten Zustand 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.
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.
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.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen

Figur 1: ein Blech-Rohteil zur Herstellung einer B-Säule eines Kraftfahrzeugs und
Figur 2: zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 1 und
Figur 3: eine konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 4: eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 5: die Anordnung eines Parallelleiters auf einem Blech in Querschnittsdarstellung und
Figur 6: eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 7: eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung sowie die zwei Blech-Rohteile gemäß Figur 2 und
Figur 8: eine Ausführungsform einer Elektrode in perspektivischer Darstellung.

In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.
Die Figur 1 zeigt in Draufsicht ein in eine bestimmte Form geschnittenes Blech 1, das z. B. aus einem Stahlcoil ausgeschnitten ist. Es handelt sich um ein Rohbauteil für eine B-Säule eines Kraftfahrzeugs vor dem Umformen in einer Presse. Um das Blech 1 mit gleichmäßiger Stromdichte im gesamten Bereich konduktiv zu erwärmen, wird das Blech 1 zunächst in im Wesentlichen 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 nichtrechteckförmigen 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.
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 11, 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 Erstreckung der trapezförmigen Flächenabschnitte 3 zu gewährleisten, sind die trapezförmigen Flächenabschnitte 3 in der Mitte zwischen den Blechen 1 mit mehreren Übertragungselektroden 31 miteinander verbunden. Die Übertragungselektroden 31 sind elektrisch voneinander isoliert, z. B. indem sie als Metallblöcke mit einem gewissen Abstand voneinander angeordnet sind. Auf diese Weise wird aus den zwei trapezförmigen Flächenabschnitten 3 ein in elektrischer Hinsicht einheitlicher rechteckförmiger Bereich zwischen den Elektroden 12, 19 geschaffen.
Die Übertragungselektroden 31 können z. B. bei einer Breite von 20 mm im Abstand von 5 mm voneinander entfernt angeordnet sein. Um eine gleichmäßige Beabstandung der Übertragungselektroden voneinander zu gewährleisten, können sie z. B. auf einer isolierenden Platte befestigt sein und als einstückige Übertragungselektroden-Anordnung auf die Bleche 1 gepresst werden. In einer Industrieumsetzung können z.B. alle Elektroden auf einer großen Grundplatte befestigt sein, mit Einbau z.B. in eine hydraulische Presse.
In vielen Fällen sollen Bleche wie das Blech 1 gemäß Figur 1 nicht an allen Stellen durch Erwärmung gehärtet werden, sondern es sollen z. B. zur Erzielung einer gewünschten Verformungscharakteristik im Crashfall eines Fahrzeugs bestimmte Bereiche nicht gehärtet werden. Auch hierzu ist die vorliegende Erfindung geeignet. Die Figur 4 zeigt eine weitere konduktive Erwärmungseinrichtung 10, die dazu eingerichtet ist, die jeweiligen Flächenabschnitte 4 der Bleche 1 nicht zu erwärmen. Hierzu werden die Elektroden 14 bzw. 17 nicht direkt mit ihrer jeweiligen elektrischen Energiequelle 22 bzw. 25 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 einer vorteilhaften Ausgestaltung werden auch einige oder alle der übrigen Elektroden 11, 12, 13, 14, 15, 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 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 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.
Die Figur 6 zeigt eine weitere Ausführungsform einer konduktiven Erwärmungseinrichtung 10, 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.
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.
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.
Wie erwähnt ist es vorteilhaft, ein Paar von Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden an diagonal gegenüberliegenden Enden mit der elektrischen Energiequelle zu verbinden. Wie zudem in den Figuren erkennbar ist, ist es zusätzlich vorteilhaft, die Anschlussstellen der Anschlussleitungen der Energiequellen an die Elektroden an einer Seite (links/rechts) des Blechs möglichst weit voneinander entfernt anzuordnen, so dass die Stromeinleitstellen möglichst weiter auseinander liegen und die Stromableitstellen möglichst weiter auseinander liegen.
Die Figur 8 zeigt eine vorteilhafte Ausführungsform einer Elektrode 80, die als Stromzuleitungs-, Stromableitungs- und/oder Übertragungselektrode eingesetzt werden kann. Die Elektrode 80 weist wiederum eine Bohrung 28 auf, die einen Kühlkanal bildet. Die in der Darstellung gemäß Figur 8 nach oben weisende 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.
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.
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.
Bisher wurden Hotspots als nachteilig angesehen und es wurde versucht, diese zu vermeiden, weil sie den Nachteil haben, dass das Blech an solchen Stellen unkontrolliert erwärmt wird. Bei positivem Temperaturkoeffizienten des Blechs erhöht sich zudem mit der Erwärmung der spezifische elektrische Widerstand an solchen Stellen des Blechs, so dass eine Art Lawineneffekt eintritt, da sich die Hotspot-Bereiche vergleichsweise schnell erwärmen und es an den Stellen der höchsten Temperatur zu Beschädigungen des Blechs kommen kann (Durchbrennen).
Demgemäß wird nach der hier beschriebenen neuen Lehre eine undefinierte bzw. vereinzelte Erzeugung von Hotspots vermieden. Stattdessen werden viele kleine Kontaktstellen nahe beieinander erzeugt, die dann für einen kontrollierten, reproduzierbaren Erwärmungsprozess und damit für einen 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.
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.

Claims

Verfahren zum konduktiven Erwärmen eines Blechs (1) zur Vorbereitung des Blechs auf einen anschließenden formgebenden Presshärtevorgang, 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.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (80) mit dem unebenen, strukturierten Kontaktbereich (83) als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode verwendet wird.
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.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine nicht rechteckförmige äußere Kontur des konduktiv zu erwärmenden Bereichs in im Wesentlichen rechteckige und/oder trapezförmige Flächenabschnitte (2, 3, 4) aufgeteilt wird und entsprechend der Aufteilung in die Flächenabschnitte (2, 3, 4) eine daran angepasste Elektrodenanordnung bereitgestellt wird, die wenigstens Stromzuleitungs- und Stromableitungselektroden (11-20) und bei Vorhandensein wenigstens eines trapezförmigen Flächenabschnitts Übertragungselektroden (31) aufweist.
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.
Konduktive Erwärmungseinrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens zum konduktiven Erwärmen eines Blechs (1), dadurch gekennzeichnet, dass die konduktive Erwärmungseinrichtung wenigstens eine Elektrode (80) als Stromzuleitungselektrode, Stromableitungselektrode und/oder Übertragungselektrode aufweist, die 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, wobei die konduktive Erwärmungseinrichtung (10) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 5 eingerichtet ist.
Konduktive Erwärmungseinrichtung 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.
Konduktive Erwärmungseinrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, 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.