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Induktive Erwärmung von Formplatinen für die Warmumformung

Zur Beschleunigung der Erwärmung von Platinen für die Herstellung von Warmumformbauteilen wurde von SMS Elotherm eine Anlage zur induktiven Erwärmung von Formplatinen entwickelt und in eine bestehende Versuchsfertigungslinie zum Presshärten integriert.
Mit Hilfe der entwickelten Anlage werden die Potentiale der induktiven Erwärmungstechnologie für einen Einsatz in der Serienfertigung von Warmumformteilen erprobt.

Hochfeste Karosseriebauteile

Das Fertigungsverfahren des Presshärtens wird zur Herstellung hochfester Karosseriebauteile eingesetzt. Der induktive Warmumformprozess beinhaltet im ersten Schritt eine Austenitisierung der Formplatinen bei Temperaturen oberhalb von 900 °C.
Die austenitisierten Platinen werden anschließend automatisiert in ein wassergekühltes Umformwerkzeug eingelegt und in einem Schritt umgeformt sowie rasch abgekühlt. Bedingt durch die hohe Abkühlgeschwindigkeit entsteht ein martensitisches Werkstoffgefüge wodurch hochfeste Karosseriebauteile entstehen.


Key Features

ZEITERSPARNISVON BIS ZU 50%
FERTIGUNGKOMPLEXER GEOMETRIEN
ENERGIEKOSTENSENKUNG
EMISSIONSFREI

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Wir sind gerne für Sie da.

Technologie

INDUKTIVE WARUMUMFORMUNG IN DER AUTOMOBILINDUSTRIE

Für die Herstellung crashsicherheitsrelevanter Karosseriebauteile hat das Fertigungsverfahren der Warmumformung in der Automobilproduktion stark an Bedeutung gewonnen. Mit dem Einsatz des Fertigungsverfahrens ergeben sich große Potentiale in den Bereichen des Fahrzeugleichtbaus und damit in der Reduzierung des Treibstoffverbrauchs und der emittierten Abgase.

Was macht die Technologie der SMS Elotherm GmbH so besonders:

Induktoren im Längsfeld- und Querfeldmodus

Um eine homogene Erwärmung von Formplatinen auf Temperaturen bis zu 950 °C zu ermöglichen, wurden Induktoren entwickelt, die sich sowohl in einem Längsfeld- als auch in einem Querfeldmodus betreiben lassen.
Zur Minimierung von Kantenüberhitzungen sind die Induktoren dynamisch positionierbar. Durchgeführte Erwärmungsversuche zeigen, dass durch den Einsatz einer Längsfelderwärmung eine Zeiteinsparung von etwa
50 % zur Erreichung einer Temperatur von 950 °C gegenüber einer konventionellen Ofenerwärmung erzielt werden kann.

Induktionsanlagen zur Fertigung von Karosseriebauteilen

Bei der induktiven Erwärmung erzeugt eine von einem Wechselstrom durchflossene Spule (Induktor) ein elektromagnetisches Wechselfeld. Wenn sich in diesem Feld ein elektrisch leitfähiges Werkstück, z. B. eine Blechplatine, befindet, werden Wirbelströme im Werkstück induziert und das Werkstück infolge Joule’scher Verluste erwärmt. Hinzu kommt im Falle ferromagnetischer Werkstoffe eine Erwärmung infolge von Ummagnetisierungsverlusten. Bei Längsfeldinduktoren verlaufen die Feldlinien des magnetischen Wechselfelds in der Blechebene.
Bei Blechdicken von 1-2 mm wird mit Längsfeldinduktoren im Mittelfrequenzbereich infolge der Eindringtiefe der induzierten Ströme eine maximale Temperatur in Höhe der Curie-Temperatur erreicht. 

Induktive Erwärmungsanlage zur Platinenerwärmung

Induktive Erwärmungsanlagen bestehen aus den Kernkomponenten Umrichter, Kondensatorbatterie und Induktor sowie einer Einheit zur Prozesssteuerung und einer Rückkühlanlage zur Abführung von Verlustenergie.
Für die zur Erwärmung von Formplatinen konzeptionierte Anlage werden zwei Induktoren (4, 5) mit einem Transformator (3) und den Kondensatoren (2) zu einem gemeinsamen Schwingkreis zusammengefasst.
Der verwendete Umrichter „ELOMAT EM 22PI“ verfügt über eine Leistung von 800 kW bei Frequenzen bis 10 kHz. Zur Anpassung der Schwingkreisfrequenz können unterschiedliche Kondensatoren pneumatisch zugeschaltet werden.
Die Leistungsabgabe des Umrichters wird über eine Sollspannungsvorgabe im Bereich von

Erwärmung verschiedener Werkstücke ohne Induktorwechsel

Eine speziell angepasste Induktorkonstruktion, die eine wahlweise Verschaltung der Induktoren im Längs- bzw. Querfeld ermöglicht, erlaubt die Implementierung verschiedener Erwärmungsmodi ohne Induktorwechsel.
Die Induktoren bestehen aus flachen Spulenwickeln oberhalb wie auch unterhalb der Werkstückebene, die über eine entsprechende anschlussseitige Verschaltung als Querfeld- oder als geteilter Längsfeldinduktor eingesetzt werden können.
Bild 4 verdeutlicht die beschriebenen Verschaltungsmodi anhand der schematischen Darstellung eines Induktors und zeigt den Verlauf der Feldlinien im Quer- bzw. Längsfeldmodus.

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Fachbericht: Entwicklung einer Anlage zur induktiven Erwärmung von Formplatinen

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