EP3259377B1 - Method for conductively heating sheet metal and heating device therefor - Google Patents
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- EP3259377B1 EP3259377B1 EP15787138.5A EP15787138A EP3259377B1 EP 3259377 B1 EP3259377 B1 EP 3259377B1 EP 15787138 A EP15787138 A EP 15787138A EP 3259377 B1 EP3259377 B1 EP 3259377B1
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- C21D9/40—Heat 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 for preparation of the sheet on a subsequent shaping press hardening process, wherein the sheet or at least one conductively heated portion of the sheet has an outer contour which is rectangular or non-rectangular, wherein to carry out the conductive heating at least one electrode having a contact region is brought into electrical contact with the metal sheet, and the electric current for conducting the conductive heating is fed into the metal sheet via the contact region and / or is discharged from the metal sheet.
- the invention also relates 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 to each other in terms of process technology.
- components made of high-strength, ultra-high strength or ultra-high-strength material should be produced.
- the two connected by means of the transition electrodes trapezoidal surface sections turn a total rectangular surface section, connected to the one side at least one power supply electrode and at the other side at least one current dissipation electrode can be.
- the flexibility and applicability of the 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.
- 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.
- the invention further relates to a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a metal sheet, wherein the metal sheet or at least one region of the metal sheet to be conductively heated has an outer contour that is not rectangular is, wherein the conductive heating means comprises a matched to the outer contour arrangement of power supply and Stromableitungselektroden which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected or connectable via separate electrical leads with mutually electrically isolated electrical energy sources, the electrical energy sources are dimensioned such that the same current densities are generated in the sheet between all pairs of associated power supply and Stromableitungselektroden.
- 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.
- FIG. 6 shows a further embodiment of a conductive heating device 10, which, except for the differences explained below of the device 10 according to FIG. 4 equivalent.
- the conductive heating device is adapted with regard to the formation of the parallel conductors 26, 27 and the transmission electrodes 21 by forming these not as linearly extending electrodes, but according to the desired ones , are angled to be heated surface areas.
- the current supply electrode 12 and the current discharge electrode 19 are accordingly compared to FIG. 4 something shortened trained.
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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.The invention relates to a method for conductive heating of a sheet for preparation of the sheet on a subsequent shaping press hardening process, wherein the sheet or at least one conductively heated portion of the sheet has an outer contour which is rectangular or non-rectangular, wherein to carry out the conductive heating at least one electrode having a contact region is brought into electrical contact with the metal sheet, and the electric current for conducting the conductive heating is fed into the metal sheet via the contact region and / or is discharged from the metal sheet. The invention also relates 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, Beschichtung, 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 to each other 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 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.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 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
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.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 in motor vehicles, but do not have this 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 points or the current discharge points, i. 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 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 to provide a method and a heating device for conductive heating of a sheet, with which the mentioned problems can be solved.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst. Ein quadratisches Blech gilt im Sinne der Erfindung als Spezialfall eines rechteckförmigen Blechs.This object is achieved by a method according to claim 1. 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, in many cases can be dispensed with an additional manufacturing step for separating the edge region of the sheet.
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 ones Resistors drops more voltage 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 on the entire surface of 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.
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 kannFor this purpose, an electrode is suitable 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 area with a plurality of spaced-apart 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 gemäß Anspruch 6.The above-mentioned object is further achieved by a conductive heating device according to claim 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.The electrode with the uneven, structured contact region can be used as the current supply electrode, current discharge electrode and / or transfer electrode. A power supply electrode serves to supply power, i. for feeding electric current into the sheet for conducting the conductive heating. A Stromableitungselektrode serves to dissipate the electric current from the sheet. A transfer electrode serves to transfer the electric current from one metal sheet to another metal sheet, e.g. be heated in pairs in trapezoidal surface sections. Furthermore, transition electrodes can be used on a metal sheet in order not to heat specific areas.
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 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.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, the pieces separated from each other along the outer Contour are arranged and are connected to each other from electrically separate 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 Stromableitungselektroden. 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 portions or at least substantially rectangular surface portions are divided and created for each surface section a customized power supply and Stromableitungselektrode with which exactly this area is acted upon by 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 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.With the invention sheets can be made scaled to the desired temperature. As a result, the cost of descaling the components and the tool wear during the subsequent press-hardening of the heated sheets are 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 divert the current from the sheet back to the electrical energy source. 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 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.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. electrically connect two power supply electrodes to each other or electrically connect two Stromableitungselektroden together. The non-interconnected electrodes are then connected to different electrical energy sources with different voltage, so that in turn equal current densities can be generated in adjacent surface areas in the sheet.
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 further advantageous if between a pair of associated Stromableitungs- and power supply electrodes, no other electrode is arranged, via which the sheet is supplied by another electric power source current or derived from the sheet of electricity to another electrical energy source. 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 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.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 region to be heated conductively into rectangular and / or trapezoidal 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 one sheet with respect to the other sheet can be created in this way with respect. The two connected by means of the transition electrodes trapezoidal surface sections turn a total rectangular surface section, connected to the one side at least one power supply electrode and at the other side at least one current dissipation electrode can be. 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.As a result, even with trapezoidal surface sections in this way homogeneous resistance ratios can be realized analogous to rectangular sheets.
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.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 only connected at one end to an electrical lead 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 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:
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.According to an advantageous embodiment of the invention, one, several or all of the power supply, Stromableitungs- and / or transmission electrodes are formed as cooled with a cooling medium electrodes. So can be used as a cooling medium z. B. be passed through a hollow channel of the respective electrode cooling water. The cooling of the electrodes has the advantage that they do not heat undesirable and a heating-related change in resistance of the electrodes is avoided. A further advantage is that the adjacent sheet is cooled by the cooled electrodes, so that by appropriate arrangement of the electrodes to desired, not to be heated areas of the sheet heating and a concomitant hardening can be avoided. This in turn has the advantage that by the location and arrangement of the electrodes z. B. cutting areas in the subsequent further processing of the component, ie the sheet after forming, can be defined, which are not cured. 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 welding processes, it is favorable to have non-hardened edge regions. Curing can be achieved by a subsequent press hardening process respectively.
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 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.According to an advantageous embodiment of the invention, the power supply to a power supply electrode for power transmission from or to a transfer electrode and / or for current discharge from a Stromableitungselektrode a parallel conductor connected to this electrode, which is electrically insulated over the sheet over a portion of the sheet to be heated parallel to the flow lines flowing therein in relation to 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, unwanted current flow through the area of the sheet which is not to be heated can be avoided by means of current displacement effects (repulsion of conductors arranged in parallel current-carrying). 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 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.The invention further relates to a conductive heating device for carrying out a method for conductive heating of a metal sheet, wherein the metal sheet or at least one region of the metal sheet to be conductively heated has an outer contour that is not rectangular is, wherein the conductive heating means comprises a matched to the outer contour arrangement of power supply and Stromableitungselektroden which are arranged piecewise separated from each other along the outer contour and are connected or connectable via separate electrical leads with mutually electrically isolated electrical energy sources, the electrical energy sources are dimensioned such that the same current densities are generated in the sheet between all pairs of associated power supply and Stromableitungselektroden. 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.
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.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-, Stromableitungs- 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 apparatus may in particular be adapted to move certain current supply, current discharge and / or transfer electrodes away from one another during the conductive heating process.
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.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 means, then electrodes of the conductive heating means 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.
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.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 CuBe 2 . 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
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.
- FIG. 1
- a sheet blank for the production of a B-pillar of a motor vehicle and
- FIG. 2
- two sheet metal blanks according to
FIG. 1 and - FIG. 3
- a conductive heating device and the two sheet blanks according to
FIG. 2 and - FIG. 4
- another conductive heating device and the two sheet blanks according to
FIG. 2 and - FIG. 5
- the arrangement of a parallel conductor on a sheet in cross-sectional view and
- FIG. 6
- another conductive heating device and the two sheet blanks according to
FIG. 2 and - FIG. 7
- another conductive heating device and the two sheet blanks according to
FIG. 2 and - FIG. 8
- an embodiment of an electrode in perspective view.
In den Figuren werden gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Elemente verwendet.In the figures, like reference numerals are used for corresponding elements.
Die
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
Die
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
In vielen Fällen sollen Bleche wie das Blech 1 gemäß
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
Die
Die Bleche 1 können auch anders als zuvor in den
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
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
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
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, for example in the form of the illustrated comb electrode, the thermal gradient between the generated hotspot line and the Cooling area precipitates very steep, with the consequence that takes place directly after electrode contact the full heat input. 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 Hotspot-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. With a positive temperature coefficient of the sheet also increases with the heating of the specific electrical resistance at such locations of the sheet, so that a kind of avalanche effect occurs because the hotspot areas heat comparatively quickly and come at the points of highest temperature to damage the sheet can (burn).
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, according to the new teaching described herein, an undefined or sporadic generation of hotspots is avoided. 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
Claims (8)
- Method for conductively heating a metal sheet (1) to prepare the metal sheet for a subsequent shaping press-hardening process, wherein the metal sheet (1) or at least an area of the metal sheet (1) that is to be conductively heated has an outer contour that is rectangular or nonrectangular, wherein the conductive heating is performed by virtue of at least one electrode (80) having a contact area (83) brought into electrical contact with the metal sheet (1) and the contact area (83) being used to supply the electric current for performing the conductive heating to the metal sheet (1) and/or to remove said electric current from the metal sheet (1), characterized in that the electrode (80) has an uneven, patterned contact area (83) having a multiplicity of contact surfaces (81), at intervals from one another, that form a multiplicity of individual contact points, at intervals from one another, between the electrode (80) and the metal sheet (1).
- Method according to Claim 1, characterized in that the electrode (80) having the uneven, patterned contact area (83) is used as a current supply electrode, current removal electrode and/or transfer electrode.
- Method according to either of the preceding claims, characterized in that the multiplicity of contact points produce a multiplicity of small hotspots in the metal sheet (1) during the conductive heating.
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that a nonrectangular outer contour of the area to be conductively heated is split into substantially rectangular and/or trapezoidal surface sections (2, 3, 4) and the split into the surface sections (2, 3, 4) is taken as a basis for providing an electrode arrangement matched thereto that has at least current supply and current removal electrodes (11-20) and, when at least one trapezoidal surface section is present, transfer electrodes (31) .
- Method according to one of the preceding claims, characterized in that metal sheets (1) having in each case at least one trapezoidal surface section (3) for their area that is to be conductively heated are conductively heated in pairs, wherein a pair of metal sheets (1) is electrically connected to one another by multiple transfer electrodes (31) that are electrically insulated from one another and arranged beside one another along a transition area from one to the other metal sheet (1).
- Conductive heating device (10) for performing a method for conductively heating a metal sheet (1), characterized in that the conductive heating device has at least one electrode (80) as a current supply electrode, current removal electrode and/or transfer electrode that has an uneven, patterned contact area (83) having a multiplicity of contact surfaces (81), at intervals from one another, that can form a multiplicity of individual contact points, at intervals from one another, between the electrode (80) and the metal sheet (1), wherein the conductive heating device (10) is configured for performing the method according to one of Claims 1 to 5.
- Conductive heating device according to the preceding claim, characterized in that the uneven, patterned contact area (83) of the electrode (80) is formed entirely or partially by a multiplicity of angled-off edges arranged in comb-like fashion behind one another in a row or beside one another in multiple rows.
- Conductive heating device according to either of Claims 6 and 7, characterized in that the uneven, patterned contact area (83) of the electrode (80) has elevations containing the contact surfaces (81), and groove-like interspaces (82) are formed between the elevations.
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