DE102013010229A1

DE102013010229A1 - Making electrical inductor comprises forming electrical inductor from electrically conductive material by layer-by-layer production process including selective laser melting, spray forming and/or laser wire spraying

Info

Publication number: DE102013010229A1
Application number: DE201310010229
Authority: DE
Inventors: Daniel Wortberg; Andreas Sulzberger; Tobias Todzy
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2013-06-18
Filing date: 2013-06-18
Publication date: 2014-03-27

Abstract

The method comprises forming an electrical inductor from an electrically conductive material by a layer-by-layer production process. The layer-by-layer production process includes a selective laser melting, a spray forming and/or a laser wire spraying. The method further comprises placing a supporting body on a bottom surface of the inductor, and removing the support body after completion of an inductor geometry. The support body has a support surface having a geometry to be formed corresponds to an effective area at the inductor, and is provided or produced by selective laser melting. The method comprises forming an electrical inductor from an electrically conductive material by a layer-by-layer production process. The layer-by-layer production process includes a selective laser melting, a spray forming and/or a laser wire spraying. The method further comprises placing a supporting body on a bottom surface of the inductor, and removing the support body after completion of an inductor geometry. The support body has a support surface whose geometry to be formed corresponds to an effective area at the inductor, and is provided or produced by selective laser melting, spray forming and/or laser wire spraying process. The electrically conductive material includes a conductive raw material, a powder or a wire, a metallic or non-metallic raw material. The supporting body: is formed from a material having a lower melting point than the electrically conductive material and including a metal, an ice or a wax; includes a soluble material formed of a salt; and is melted or dissolved by the inductor. The inductor geometry is predetermined as a record computer supported by a numerical method. The method is computerized based on a data. A wall thickness of the inductor is varied based on load.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines elektrischen Induktors für die induktive Erwärmung eines Bauteils aus einem elektrisch leitfähigen Material gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a method for producing an electrical inductor for the inductive heating of a component made of an electrically conductive material according to the preamble of claim 1.

Elektrische Induktoren werden insbesondere in der Blechverarbeitung verwendet, um Halbzeuge oder Bauteile, insbesondere Bleche, welche aus einem elektrisch leitfähigen Material bestehen, rasch und effizient zu erwärmen. Hierdurch wird insbesondere eine Umformbarkeit der behandelten Teile verbessert. Ein solcher elektrischer Induktor weist eine Induktionsspule auf, die zur Erwärmung eines Halbzeugs oder Bauteils mit einer Wechselspannung beaufschlagt wird. Hierdurch entsteht im Nahbereich der Induktionsspule ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches wiederum Wirbelströme in einem dem Induktor benachbart angeordneten Bauteil, welches erwärmt werden soll, induziert. Das Bauteil wird letztlich durch Wirbelstromverluste geheizt. Um eine möglichst homogene und effiziente Erwärmung eines Bauteils sicherzustellen, wird der Induktor bevorzugt der Form einer zu erwärmenden Bauteiloberfläche angepasst, so dass er während des Erwärmens überall einen identischen Abstand zu der Bauteiloberfläche aufweist. Die Induktionsspule muss entsprechend geformt werden, typischerweise in eine Freiformgeometrie. Dabei wird sie bisher manuell aus einem Kupferrohr in vielzähligen Biege- und Klopfvorgängen in Form gebracht. Die Biege- und Klopfvorgänge werden unterbrochen von Glühvorgängen, wobei die Anzahl dieser Vorgänge typischerweise größer ist als 100. Um die Induktionsspule beim manuellen Biegen insbesondere an eine Freiformfläche anpassen zu können, ist eine Form erforderlich. Es zeigt sich auch, dass die manuelle Herstellung durch Biegen, Klopfen und Glühen Grenzen in Hinblick auf die Anpassung des Induktors an bestimmte Geometrien aufweist.Electric inductors are used in particular in sheet metal processing to heat semi-finished products or components, in particular sheets, which consist of an electrically conductive material, quickly and efficiently. As a result, in particular a formability of the treated parts is improved. Such an electrical inductor has an induction coil, which is acted upon to heat a semifinished product or component with an alternating voltage. This produces an electromagnetic alternating field in the vicinity of the induction coil, which in turn induces eddy currents in a component adjacent to the inductor which is to be heated. The component is ultimately heated by eddy current losses. In order to ensure the most homogeneous and efficient heating of a component, the inductor is preferably adapted to the shape of a component surface to be heated, so that it has an identical distance to the component surface everywhere during the heating. The induction coil must be shaped accordingly, typically in a free-form geometry. In the process, it has hitherto been manually shaped from a copper tube in numerous bending and knocking processes. The bending and knocking processes are interrupted by annealing processes, the number of these processes typically being greater than 100. In order to be able to adapt the induction coil to a free-form surface during manual bending, a mold is required. It can also be seen that manual production by bending, tapping and annealing has limitations in terms of adapting the inductor to particular geometries.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zu schaffen, welches die genannten Nachteile nicht aufweist. Insbesondere soll es mit Hilfe des Verfahrens möglich sein, relativ schnell und mit vergleichsweise geringem Aufwand einen Induktor zu schaffen, der eine an das zu erwärmende Halbzeug oder Bauteil optimal angepasste Freiform aufweist.The invention is therefore based on the object to provide a method which does not have the disadvantages mentioned. In particular, it should be possible with the aid of the method to provide an inductor relatively quickly and with comparatively little effort, which has an optimally adapted to the semi-finished product or component to be heated free form.

Die Aufgabe wird gelöst, indem ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 geschaffen wird. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass der Induktor aus einem elektrisch leitfähigen Werkstoff durch ein generatives Fertigungsverfahren aufgebaut wird. Dabei wird er bevorzugt schichtweise aufgebaut. Im Rahmen eines solchen Verfahrens ist es prozesssicher und schnell möglich, nahezu beliebige dreidimensionale Formen zu erzeugen. Insbesondere sind bei der schichtweisen Herstellung des Induktors Formen von hoher Komplexität erreichbar. Dabei können auch komplexe interne Strukturen erzeugt werden, so dass es insbesondere möglich ist, die Induktionsspule mittels des generativen Fertigungsverfahrens aufzubauen. Es ist so ohne Weiteres möglich, den Induktor sehr schnell ohne eine Formvorlage optimal auch an komplexeste Geometrien und Freiformflächen angepasst herzustellen. Selbstverständlich können im Rahmen des Verfahrens auch einfache Induktorgeometrien, beispielsweise ein planarer Induktor zur Erwärmung eines ebenen Bauteils, prozesssicher und wiederholbar hergestellt werden.The object is achieved by providing a method having the features of claim 1. The method is characterized in that the inductor is constructed of an electrically conductive material by a generative manufacturing process. He is preferably constructed in layers. Within the scope of such a method, it is possible reliably and quickly to produce almost any three-dimensional shapes. In particular, in the layered production of the inductor forms of high complexity can be achieved. In this case, complex internal structures can be generated, so that it is particularly possible to build the induction coil by means of generative manufacturing process. It is thus readily possible to produce the inductor very quickly, without a template, even optimally adapted to the most complex geometries and free-form surfaces. Of course, within the scope of the method, it is also possible to produce simple inductor geometries, for example a planar inductor for heating a planar component, in a process-reliable and repeatable manner.

Es wird ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass als generatives Fertigungsverfahren ein selektives Laserstrahlschmelzen angewendet wird.A method is preferred which is characterized in that a selective laser beam melting is used as a generative production method.

Das selektive Laserstrahlschmelzen erfolgt bevorzugt nach Art des sogenannten SLM-Verfahrens (Selective Laser Melting). Ein solches Verfahren ist in der deutschen Patentschrift DE 199 35 274 C1 beschrieben, auf die insoweit verwiesen wird. Typischerweise wird das Verfahren durchgeführt, indem eine Bodenfläche auf einer absenkbaren Bauplattform bereitgestellt wird. Auf der Bodenfläche wird ein pulverförmiger Werkstoff angeordnet, der mit Hilfe einer Nivelliereinrichtung, die bevorzugt einen Schieber umfasst, planiert wird. Ein Laserstrahl wird in einer zu der Bodenfläche parallelen Ebene entlang der in der gerade bearbeiteten Schicht auszubildenden Bauteilgeometrie verlagert, wobei der pulverförmige Werkstoff in den durch den Laserstrahl abgetasteten Bereichen spurweise aufgeschmolzen wird. In den aufgeschmolzenen Bereichen verbinden sich die Partikel des pulverförmigen Werkstoffs, so dass hier massive Bereich des Bauteils aufgebaut werden. Nach Fertigstellung einer Schicht wird die Bauplattform um eine Schichthöhe abgesenkt, es wird eine weitere Schicht pulverförmigen Werkstoffs aufgebracht und mit Hilfe der Nivelliereinrichtung planiert, so dass eine nächste Bearbeitungsebene bereitgestellt wird. Anschließend wird diese nächste Bearbeitungsebene mit dem Laserstrahl abgetastet, wodurch die nächste Schicht des herzustellenden Bauteils ausgebildet wird. Diese Vorgehensweise wird so lange fortgesetzt, bis das Bauteil vollständig aufgebaut ist. Anschließend kann dieses aus einer sogenannten Pulverkiste, nämlich einem durch die abgesenkte Bauplattform freigegebenen, pulvergefüllten Volumen, entnommen werden, wobei nur die durch den Laserstrahl verschmolzene Geometrie als zusammenhängendes, festes Bauteil vorliegt, und wobei die restlichen Volumenanteile der Pulverkiste noch pulverförmig sind und somit von dem Bauteil oder aus dem Bauteil entfernt werden können.The selective laser beam melting preferably takes place in the manner of the so-called SLM method (selective laser melting). Such a method is in the German patent specification DE 199 35 274 C1 to which reference is made. Typically, the method is performed by providing a bottom surface on a lowerable build platform. On the bottom surface, a powdery material is arranged, which is leveled by means of a leveling device, which preferably comprises a slide. A laser beam is displaced in a plane parallel to the bottom surface along the component geometry to be formed in the layer being processed, wherein the pulverulent material is melted in tracks in the areas scanned by the laser beam. In the melted areas, the particles of the powdery material combine, so that here massive area of the component are built. After completion of a layer, the construction platform is lowered by one layer height, another layer of powdered material is applied and leveled by means of the leveling device, so that a next processing level is provided. Subsequently, this next processing plane is scanned with the laser beam, whereby the next layer of the component to be produced is formed. This procedure is continued until the component is completely assembled. Subsequently, this can be taken from a so-called powder box, namely a released by the lowered building platform, powder-filled volume, with only the merged by the laser beam geometry is present as a continuous, solid component, and wherein the remaining volume fractions of the powder box are still powdery and thus of can be removed from the component or from the component.

Alternativ oder zusätzlich wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem als generatives Fertigungsverfahren ein Sprühkompaktieren angewendet wird. Dabei wird zur Herstellung eines endkonturnahen Bauteils, hier des Induktors, bevorzugt eine flüssige Metallschmelze durch eine Düse versprüht. Der Sprühstrahl ist auf ein Substrat oder eine Auffangfläche gerichtet, wo die gegebenenfalls noch flüssige oder bereits in der Erstarrung befindliche Schmelze zu einem festen Körper umgewandelt, mithin kompaktiert wird. Es ist möglich, die Auffangfläche in Rotation zu versetzen, wobei sie bevorzugt sukzessive nach unten verlagert wird, sodass das sprühkompaktierte Bauteil quasi schichtweise heranwächst. Alternatively or additionally, a method is preferred in which spray-forming is used as a generative production method. In this case, a liquid molten metal is preferably sprayed through a nozzle for producing a near net shape component, here the inductor. The spray is directed to a substrate or a collecting surface, where the optionally still liquid or already in the solidification melt is converted into a solid, thus compacted. It is possible to set the collecting surface in rotation, wherein it is preferably successively shifted downwards, so that the spray-compacted component grows quasi-layer by layer.

Alternativ oder zusätzlich wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem als generatives Fertigungsverfahren ein Laserdraht-Spritzen angewendet wird. Bevorzugt werden hierbei Drahtspitzen mittels eines Lasers abgeschmolzen, wobei das abgeschmolzene Material vorzugsweise unter Einsatz eines Zerstäubergases auf eine Oberfläche aufgetragen wird.Alternatively or additionally, a method is preferred in which a laser wire spraying is used as a generative manufacturing method. In this case, wire tips are preferably melted off by means of a laser, wherein the molten material is preferably applied to a surface using an atomizing gas.

Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass auf einer Unterseite des entstehenden Induktors ein Stützkörper angeordnet wird, auf dem der Induktor aufgebaut wird. Dabei spricht der Begriff „Unterseite” eine Seite des Induktors an, welche einer Material- oder Leistungsquelle des generativen Fertigungsverfahrens, insbesondere der verlagerbaren Quelle des Laserstrahls beim selektiven Laserstrahlschmelzen, abgewandt ist. Daher kann der Induktor insbesondere schichtweise auf dem Stützkörper aufgebaut werden. Besonders bevorzugt wird beim Aufbau des Induktors ein Stützkörper auf einer Innenseite des entstehenden, unteren Umfangsbereichs des Induktors angeordnet, wobei die weiteren Schichten auf dem Stützkörper aufgetragen werden. Dies spricht an, dass der Induktor – von unten betrachtet – eine konkave Form aufweist, wobei der untere Umfangsbereich des Induktors quasi einen Induktorhohlraum umgreift. Der Stützkörper wird in diesem Fall in dem Induktorhohlraum vorgesehen, wodurch er den entstehenden Induktor optimal stützen kann.A method is preferred that is characterized in that a support body is arranged on a lower side of the resulting inductor, on which the inductor is constructed. The term "underside" refers to a side of the inductor, which faces away from a material or power source of the generative manufacturing process, in particular the displaceable source of the laser beam during selective laser beam melting. Therefore, the inductor can in particular be built up in layers on the support body. In the construction of the inductor, a support body is particularly preferably arranged on an inner side of the resulting lower circumferential region of the inductor, the further layers being applied to the support body. This suggests that the inductor - viewed from below - has a concave shape, wherein the lower peripheral portion of the inductor virtually surrounds an inductor cavity. The support body is provided in this case in the inductor cavity, whereby it can optimally support the resulting inductor.

Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass ein Stützkörper verwendet wird, der eine Stützfläche aufweist, deren Geometrie einer an dem Induktor auszubildenden Wirkfläche entspricht. Der Induktor wird dabei auf der Stützfläche aufgebaut, die ihn abstützt. Der Begriff „Wirkfläche” spricht an, dass die entsprechende Fläche des Induktors in einem Erwärmungsbetrieb desselben einer zu erwärmenden Bauteiloberfläche zugewandt ist, wobei sie bevorzugt an die Geometrie der zu erwärmenden Bauteiloberfläche angepasst ist. Die Wirkfläche ist dabei vorzugsweise der Geometrie der Bauteiloberfläche derart angepasst, dass der Induktor in dem Erwärmungsbetrieb überall auf seiner Wirkfläche einen identischen Abstand zu der zu erwärmenden Bauteiloberfläche aufweist. Auf diese Weise kann eine besonders effiziente Energieeinkopplung bei zugleich homogener Erwärmung des Bauteils erreicht werden. Entspricht die Geometrie der Stützfläche der Geometrie der Wirkfläche, bedeutet dies, dass die Stützfläche – zumindest im Wesentlichen – die Geometrie der zu erwärmenden Bauteiloberfläche aufweist. Dabei ist sie vorzugsweise als Freiformfläche ausgebildet. Indem der Induktor auf der Stützfläche aufgebaut wird, weist automatisch dessen auf der Stützfläche ausgebildete Wirkfläche eine komplementäre, an die Stützfläche und somit auch an die zu erwärmende Bauteiloberfläche optimal angepasste Geometrie auf.A method is preferred in which a support body is used which has a support surface whose geometry corresponds to an effective surface to be formed on the inductor. The inductor is built up on the support surface, which supports it. The term "effective area" is based on the fact that the corresponding surface of the inductor in a heating operation thereof faces a component surface to be heated, wherein it is preferably adapted to the geometry of the component surface to be heated. The active surface is preferably adapted to the geometry of the component surface such that the inductor has an identical distance to the component surface to be heated in the heating operation everywhere on its active surface. In this way, a particularly efficient energy coupling can be achieved at the same time homogeneous heating of the component. Corresponds to the geometry of the support surface of the geometry of the active surface, this means that the support surface - at least substantially - has the geometry of the component surface to be heated. It is preferably designed as a freeform surface. By constructing the inductor on the support surface, its active surface formed on the support surface automatically has a complementary geometry which is optimally adapted to the support surface and thus also to the component surface to be heated.

Dabei wird die Wirkfläche bevorzugt konkav ausgebildet, um eine entsprechende komplementäre, konvexe Bauteiloberfläche zu erwärmen. Es ist allerdings auch möglich, dass die Wirkfläche konvex aufgebaut wird, um eine entsprechende komplementäre, konkave Bauteiloberfläche homogen und effizient erwärmen zu können. Selbstverständlich ist es auch möglich, eine ebene Wirkfläche auszubilden, welche zur homogenen und effizienten Erwärmung einer ebenen Bauteiloberfläche geeignet ist. Die Wirkfläche kann als Freiformfläche auch sowohl konvexe als auch konkave Bereiche umfassen. Wie bereits ausgeführt, ist die Stützfläche bevorzugt in Hinblick auf ihre Geometrie der Wirkfläche entsprechend beziehungsweise komplementär zu dieser ausgebildet, also bedarfsweise konvex, konkav, als Freiformfläche, insbesondere mit konvexen und konkaven Bereichen, oder eben.In this case, the active surface is preferably concave in order to heat a corresponding complementary, convex component surface. However, it is also possible that the active surface is constructed convex in order to heat a corresponding complementary, concave component surface homogeneously and efficiently. Of course, it is also possible to form a flat active surface, which is suitable for the homogeneous and efficient heating of a flat component surface. The effective surface can also comprise both convex and concave areas as a free-form surface. As already stated, the support surface is preferably formed with respect to its geometry of the active surface corresponding to or complementary to this, so if necessary convex, concave, as a free-form surface, in particular with convex and concave areas, or even.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Stützkörper nach dem Fertigstellen der Induktorgeometrie entfernt wird. Hierdurch wird letztlich der Induktor fertiggestellt. Insbesondere wird der Stützkörper bevorzugt nach Fertigstellen des Schichtaufbaus aus dem Induktorhohlraum gelöst. Es ist möglich, dass beim generativen Fertigen, insbesondere beim selektiven Laserstrahlschmelzen, eine stoffschlüssige Verbindung zwischen dem Stützkörper und der Induktorgeometrie ausgebildet wird. In diesem Fall bedarf es besonderer, im Folgenden noch näher beschriebener Maßnahmen zur Entfernung des Stützkörpers. Es ist aber auch möglich, dass die Induktorgeometrie nach Ihrer Fertigstellung lediglich auf dem Stützkörper aufliegt, sodass sie einfach von dem Induktor abgenommen werden kann.A method is also preferred which is characterized in that the support body is removed after the completion of the inductance geometry. As a result, the inductor is finally completed. In particular, the support body is preferably released from the inductor cavity after completion of the layer construction. It is possible that in generative manufacturing, in particular in selective laser beam melting, a cohesive connection between the support body and the inductor geometry is formed. In this case, it requires special measures for the removal of the support body, which will be described in more detail below. But it is also possible that the inductor geometry rests only on the support body after its completion, so that it can be easily removed from the inductor.

Es wird ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Stützkörper zugleich mit dem Induktor durch das generative Fertigungsverfahren, insbesondere durch selektives Laserstrahlschmelzen, Sprühkompaktieren und/oder Laserdraht-Spritzen, hergestellt wird. Hierbei kommt besonders bevorzugt ein Verfahren zur Anwendung, welches in der deutschen Patentschrift DE 199 35 274 C1 beschrieben ist. Dabei ist es möglich, innerhalb einer Bearbeitungsebene verschiedene Werkstoffe anzuordnen. Bevorzugt kommt dabei eine Absaug- oder Abblaseinrichtung zum Absaugen von Werkstoff aus der Bearbeitungsebene sowie eine Zuführeinrichtung für einen weiteren Werkstoff zur Anwendung, wobei der weitere Werkstoff mit Hilfe der Zuführeinrichtung in einen Fokusbereich des Laserstrahls gebracht werden kann. Bei der Zuführeinrichtung kann es sich um eine Vorschubeinrichtung für einen in Drahtform vorliegenden Werkstoff oder um eine Düse handeln, mit der pulverförmiger oder pastenförmiger Werkstoff während der Bearbeitung in den Fokusbereich des Lasers eingebracht wird. Es ist demnach möglich, aus einer mit einem pulverförmigen ersten Werkstoff bedeckten und nivellierten Bearbeitungsebene Material des ersten Werkstoffs zu entfernen und stattdessen Material eines zweiten Werkstoffs dort anzuordnen. Somit können innerhalb der gleichen Schicht Bereiche aus verschiedenen Materialien aufgebaut werden. Es ist offensichtlich, dass diese Vorgehensweise bevorzugt wird, wenn der Induktor im Bereich seiner Wirkfläche eine Freiformgeometrie aufweist, die konkav oder konvex ausgebildet ist, oder die konkave und konvexe Bereiche aufweist. Es existieren dann nämlich Schnittebenen parallel zur der Bodenfläche der absenkbaren Bauplattform, mithin Bearbeitungsebenen, in denen sowohl Bereiche des Induktors als auch Bereiche des Stützkörpers angeordnet sind. Der Induktor einerseits und der Stützkörper andererseits werden dann mit Hilfe des Verfahrens gemeinsam durch das selektive Laserstrahlschmelzen schichtweise aufgebaut.A method is preferred in which the support body is produced at the same time as the inductor by the additive manufacturing process, in particular by selective laser beam melting, spray compacting and / or laser wire spraying. In this case, a method is particularly preferred Application, which in German Patent DE 199 35 274 C1 is described. It is possible to arrange different materials within a working plane. Preferably, an extraction or blow-off device for extracting material from the working plane as well as a feed device for a further material is used, wherein the further material can be brought into a focal region of the laser beam with the aid of the feed device. The feeding device can be a feed device for a material present in wire form or a nozzle, with which powdery or paste-like material is introduced into the focal region of the laser during processing. It is therefore possible to remove material of the first material from a plane of processing covered and leveled with a pulverulent first material, and instead to arrange material of a second material there. Thus, areas of different materials can be built within the same layer. It is obvious that this procedure is preferred if the inductor has a free-form geometry in the region of its active surface, which is concave or convex, or which has concave and convex regions. Namely, there are cutting planes parallel to the bottom surface of the lowerable building platform, thus machining planes in which both areas of the inductor and areas of the support body are arranged. The inductor on the one hand and the support body on the other hand are then built up in layers by means of the method together by the selective laser beam melting.

Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Stützkörper separat von dem Induktor hergestellt oder bereitgestellt wird. Es ist demnach möglich, einen bereits vorhandenen Stützkörper bereitzustellen, um mit dessen Hilfe den Induktor aufzubauen. Alternativ ist es möglich, den Stützkörper separat von dem Induktor herzustellen. Das separate Bereitstellen oder Herstellen des Stützkörpers hat den Vorteil, dass das generative Fertigungsverfahren, insbesondere das selektive Laserstrahlschmelzen, das Sprühkompaktieren und/oder das Laserdraht-Spritzen, einfacher durchführbar ist. Der separat hergestellte oder bereitgestellte Stützkörper weist bevorzugt allerdings bereits exakte Abmessungen auf, damit der nachfolgende Schichtauftrag die gewünschten, vorherbestimmten Induktorkonturen für die Wirkfläche liefert. Die Herstellung des Stützkörpers ist daher entsprechend aufwändig. Es ist bevorzugt vorgesehen, dass der Stützkörper separat von dem Induktor durch dasselbe generative Fertigungsverfahren wie der Induktor, insbesondere durch selektives Laserstrahlschmelzen, Sprühkompaktieren und/oder Laserdraht-Spritzen, hergestellt wird. In diesem Fall kann auch der Stützkörper – ebenso wie später der Induktor – schnell, einfach und sehr präzise hergestellt werden.Alternatively, a method is preferred in which the support body is manufactured or provided separately from the inductor. It is therefore possible to provide an existing support body to build up the inductor with its help. Alternatively, it is possible to manufacture the support body separately from the inductor. The separate provision or production of the support body has the advantage that the generative manufacturing process, in particular the selective laser beam melting, the spray compacting and / or the laser wire spraying, is easier to carry out. However, the separately produced or provided support body preferably already has exact dimensions, so that the subsequent layer application provides the desired, predetermined inductor contours for the active surface. The preparation of the support body is therefore correspondingly expensive. It is preferably provided that the support body is manufactured separately from the inductor by the same generative manufacturing method as the inductor, in particular by selective laser beam melting, spray compacting and / or laser wire spraying. In this case, the support body - as well as later the inductor - are made quickly, easily and very precisely.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass als elektrisch leitfähiger Werkstoff ein leitfähiges Ausgangsmaterial, insbesondere ein Pulver oder ein Draht, verwendet wird. Bevorzugt wird ein metallisches oder ein nicht-metallisches Ausgangsmaterial verwendet. Ein metallisches Ausgangsmaterial kann ein Metall oder eine Metalllegierung umfassen. Besonders bevorzugt wird zur Herstellung des Induktors eine Kupferlegierung verwendet, ganz besonders bevorzugt Hovadur K220. Als nichtmetallisches Ausgangsmaterial wird bevorzugt ein Kunststoff verwendet, insbesondere ein faserverstärkter Kunststoff, besonders bevorzugt ein kohlefaserverstärkter oder glasfaserverstärkter Kunststoff.A method is also preferred which is characterized in that a conductive starting material, in particular a powder or a wire, is used as the electrically conductive material. Preferably, a metallic or a non-metallic starting material is used. A metallic starting material may comprise a metal or a metal alloy. Particularly preferred for the production of the inductor is a copper alloy is used, most preferably Hovadur K220. As a non-metallic starting material, a plastic is preferably used, in particular a fiber-reinforced plastic, more preferably a carbon fiber reinforced or glass fiber reinforced plastic.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass der Stützkörper aus einem Werkstoff gebildet wird, der einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als der elektrisch leitfähige Werkstoff, aus welchem der Induktor gebildet wir. In diesem Fall ist es möglich, den Stützkörper nach Fertigstellen der Induktorgeometrie dadurch zu entfernen, dass der Stützkörper von dem Induktor abgeschmolzen oder aus dem Induktor ausgeschmolzen wird. Jedenfalls ist es möglich, das Material des Stützkörpers zu schmelzen, sodass dieses von dem noch starren Material des Induktors gelöst wird und abfließt. Bevorzugt wird ein Metall oder eine Metalllegierung verwendet, welche einen niedrigen Schmelzpunkt aufweist als der elektrisch leitfähige Werkstoff für den Induktor. Insbesondere wird vorzugsweise ein Metallpulver oder ein Metalldraht verwendet, wobei der Stützkörper besonders bevorzugt gemeinsam mit dem Induktor – bevorzugt schichtweise – gebildet wird. Als Material mit niedrigem Schmelzpunkt kommt auch ein Eis, mithin ein Material, welches bei Normalbedingungen flüssig ist, vorzugsweise Wassereis, oder ein Wachs in Frage. Diese Materialien sind für den Stützkörper verwendbar, weil die Schichten des Induktors, die vorzugsweise mit Hilfe des Laserstrahls gebildet werden, sehr kurze Erstarrungszeiten aufweisen. Es besteht daher nicht die Gefahr, dass ein leicht schmelzbares Material für den Stützkörper wie beispielsweise ein Eis oder Wachs sich innerhalb der Erstarrungszeit verformt oder gar schmilzt. Es ist daher keine Abweichung von der vorherbestimmten Form für die Wirkfläche zu befürchten.A method is also preferred in which the support body is formed from a material having a lower melting point than the electrically conductive material from which the inductor is formed. In this case, it is possible to remove the support body after completion of Induktorgeometrie characterized in that the support body is melted from the inductor or melted out of the inductor. In any case, it is possible to melt the material of the support body, so that it is released from the still rigid material of the inductor and flows away. Preferably, a metal or a metal alloy is used, which has a low melting point than the electrically conductive material for the inductor. In particular, a metal powder or a metal wire is preferably used, wherein the support body is particularly preferably formed together with the inductor - preferably in layers. As a material with a low melting point is also an ice, thus a material which is liquid under normal conditions, preferably water ices, or a wax in question. These materials are useful for the support body because the layers of the inductor, which are preferably formed by means of the laser beam, have very short solidification times. There is therefore no risk that an easily fusible material for the support body such as an ice or wax deforms or even melts within the solidification time. Therefore, no deviation from the predetermined shape for the effective area is to be feared.

Alternativ wird der Stützkörper vorzugsweise aus einem Werkstoff gebildet, der in einem Lösungsmittel löslich ist. Dabei kann es sich um ein Salz, insbesondere um Kochsalz oder einen ähnlichen löslichen Feststoff handeln. Auch organische Feststoffe, die in polaren oder unpolaren Lösungsmitteln löslich sind, können verwendet werden. Nach Fertigstellen der Induktorgeometrie kann der Stützkörper dann entfernt werden, indem sein Material in einem geeigneten Lösungsmittel gelöst wird. Beispielsweise ist es möglich, die fertiggestellte Induktorgeometrie mit dem Lösungsmittel abzuspülen, um den Stützkörper zu losen.Alternatively, the support body is preferably formed of a material that is soluble in a solvent. This may be a salt, in particular saline or a similar soluble solid. Also, organic solids that are soluble in polar or non-polar solvents can be used. After completion of Induktorgeometrie the support body can then be removed by dissolving its material in a suitable solvent. For example, it is possible to rinse off the finished inductor geometry with the solvent to dissolve the support body.

In diesem Sinne wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Stützkörper von dem Induktor abgeschmolzen oder aus dem Induktor herausgeschmolzen wird. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird der Stützkörper aus einem Werkstoff gebildet oder bereitgestellt, der einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als der elektrisch leitfähige Werkstoff, aus dem der Induktor gebildet wird.In this sense, a method is preferred in which the support body is melted from the inductor or melted out of the inductor. In this embodiment of the method, the support body is formed or provided from a material having a lower melting point than the electrically conductive material from which the inductor is formed.

Alternativ wird ein Verfahren bevorzugt, bei welchem der Stützkörper von dem Induktor oder aus dem Induktor gelöst wird. Bei dieser Ausführungsform des Verfahrens wird er Stützkörper aus einem Werkstoff gebildet oder bereitgestellt, welcher in einem Lösungsmittel löslich ist. Beide Varianten des Verfahrens haben den Vorteil, dass der Stützkörper problemlos und geometrietreu, also ohne Beeinträchtigung der Geometrie der Wirkfläche des Induktors von diesem getrennt werden kann.Alternatively, a method is preferred in which the support body is released from the inductor or from the inductor. In this embodiment of the method, the support body is formed or provided from a material which is soluble in a solvent. Both variants of the method have the advantage that the support body can be easily and geometrically true, so without affecting the geometry of the effective surface of the inductor can be separated from this.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welchem der Stützkörper zugleich mit dem Induktor durch ein generatives Fertigungsverfahren insbesondere schichtweise aufgebaut wird, wird der Stützkörper bevorzugt aus einem Werkstoff gebildet, der einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als der elektrisch leitfähige Werkstoff für den Induktor. Bei einer Ausführungsform des Verfahrens, bei welcher der Stützkörper separat von dem Induktor hergestellt oder bereitgestellt wird, ist es möglich, den Stützkörper aus einem löslichen Werkstoff, vorzugsweise einem Salz oder einem ähnlichen Werkstoff, herzustellen oder bereitzustellen. Es ist jedoch dabei auch möglich, einen Stützkörper aus einem Werkstoff bereitzustellen oder herzustellen, der einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als der elektrisch leitfähige Werkstoff für den Induktor. Insbesondere kann dabei der Stützkörper aus einem Eis oder einem Wachs gebildet sein. Weiterhin ist es möglich, den Stützkörper separat von dem Induktor durch ein generatives Fertigungsverfahren herzustellen, wobei insbesondere in diesem Fall auch ein Metallpulver oder ein Metalldraht verwendet werden kann, welches/welcher einen niedrigeren Schmelzpunkt aufweist als der elektrisch leitfähige Werkstoff für den Induktor.In one embodiment of the method in which the support body is at the same time constructed in layers with the inductor by a generative manufacturing process, the support body is preferably formed of a material having a lower melting point than the electrically conductive material for the inductor. In one embodiment of the method in which the support body is manufactured or provided separately from the inductor, it is possible to manufacture or provide the support body of a soluble material, preferably a salt or a similar material. However, it is also possible to provide or produce a support body of a material having a lower melting point than the electrically conductive material for the inductor. In particular, the support body may be formed from an ice or a wax. Furthermore, it is possible to produce the support body separately from the inductor by a generative manufacturing method, in which case in particular a metal powder or a metal wire can be used which / which has a lower melting point than the electrically conductive material for the inductor.

Schließlich wird auch ein Verfahren bevorzugt, dass sich dadurch auszeichnet, dass die Induktorgeometrie, insbesondere die Form der Wirkfläche, als Datensatz durch ein numerisches Verfahren rechnergestützt vorherbestimmt wird. Das hier beschriebene Verfahren wird anhand des Datensatzes rechnergestützt durchgeführt. Insbesondere wird die Induktorgeometrie vor Beginn des Verfahrens in einer CAD-Umgebung (Computer-Aided Design) auf einem Computer in Form eines bevorzugt dreidimensionalen CAD-Datensatzes erstellt. Dieser Datensatz wird vorzugsweise unmittelbar ohne weitere Verarbeitung von einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens übernommen, eingelesen oder ausgelesen, wobei das Verfahren anhand des Datensatzes durch ein Steuerungsgerät, vorzugsweise durch einen Computer, gesteuert wird. Es ist daher auf sehr einfache und schnelle Weise möglich, den Induktor ohne Verwendung einer Formvorlage direkt aus dem CAD-Datensatz zu erstellen. Hierdurch wird eine reproduzierbare Induktorherstellung möglich, wobei es ohne großen Aufwand möglich ist, Austauschteile identisch zu bereits verwendeten Induktoren herzustellen. Auch eine Änderung der Induktorgeometrie an geänderte Einsatzbedingungen ist auf Basis des CAD-Datensatzes sehr schnell und ohne großen Aufwand möglich.Finally, a method is preferred in which the inductor geometry, in particular the shape of the effective surface, is computer-aided as a data set by a numerical method. The method described here is carried out on the basis of the data set computer-aided. In particular, the inductor geometry is created on a computer in the form of a preferably three-dimensional CAD data set before the method is started in a computer-aided design (CAD) environment. This data set is preferably taken over, read in or read out immediately by a device for carrying out the method without any further processing, the method being controlled on the basis of the data record by a control device, preferably by a computer. It is therefore possible in a very simple and fast way to create the inductor directly from the CAD data set without using a template. As a result, a reproducible Induktorherstellung is possible, whereby it is possible without great effort to produce replacement parts identical to already used inductors. A change of the inductor geometry to changed conditions of use is possible on the basis of the CAD data set very quickly and without much effort.

Innerhalb einer im Rahmen des Verfahrens verwendeten Pulverkiste können auch insbesondere mit Hilfe eines selektiven Laserstrahlschmelzens simultan, also zugleich, mehrere Induktoren hergestellt werden. Hierdurch kann die Schnelligkeit des Verfahrens nochmals gesteigert werden.Within a powder box used in the process, several inductors can also be produced simultaneously, in particular simultaneously with the aid of selective laser beam melting, ie at the same time. As a result, the speed of the process can be increased again.

Es wird auch ein Verfahren bevorzugt, das sich dadurch auszeichnet, dass eine Wandstärke des Induktors belastungsabhängig gleichmäßig oder lokal variierend ausgebildet wird. Insbesondere ist es im Rahmen des Verfahrens möglich, die Geometrie und insbesondere die Wandstärke des Induktors belastungsgerecht sowohl an einen bestromten Betrieb als auch an einen Stützbetrieb, der sich in Hinblick auf das Eigengewicht des Induktors, Schwingungen und gegebenenfalls Positionsschwankungen aufgrund magnetischer Abstoßung sowie gegebenenfalls weitere Effekte, ergibt, anzupassen. Insbesondere auf solche Effekte kann die Wandstärke des Induktors individuell angepasst beziehungsweise ausgelegt werden. Dies stellt einen erheblichen Vorteil in Hinblick auf die konventionelle Induktorherstellung durch Biegen eines Rohres dar, da hier höchstens konstante Querschnitte erreichbar sind, die allerdings in den Biegebereichen teilweise eingeschnürt werden, sodass derart hergestellte Induktoren in diesen Bereichen unter Dauerbelastung versagen. Selbstverständlich ist es im Rahmen des Verfahrens aber auch möglich, die Wandstärke des Induktors überall gleichmäßig auszugestalten.A method is also preferred, which is characterized in that a wall thickness of the inductor is formed as a function of load uniformly or locally varying. In particular, it is possible within the scope of the method, the geometry and in particular the wall thickness of the inductor load equally both to a powered operation and to a support operation, in view of the weight of the inductor, vibrations and possibly positional fluctuations due to magnetic repulsion and optionally further effects , results, adapt. In particular, on such effects, the wall thickness of the inductor can be individually adapted or interpreted. This represents a considerable advantage with regard to conventional inductor production by bending a tube, since at most constant cross sections can be reached, which however are partially constricted in the bending areas, so that inducers produced in this area fail under continuous loading. Of course, it is also possible within the scope of the method to design the wall thickness of the inductor uniformly everywhere.

Im Rahmen des Verfahrens ist eine reproduzierbare und wiederholbare Geometrie für den Induktor herstellbar, sodass insgesamt eine hohe Prozesssicherheit im Betrieb ermöglicht wird. Damit wird sichergestellt, dass in einer größeren Serienfertigung auch nach einem Induktortausch und auch bei einem Betrieb in verschiedenen Werken geometrieeinheitliche Induktoren zum Einsatz kommen, sodass stets standardisierte Bedingungen vorliegen. Hierdurch wird die Prozessstabilität erheblich gesteigert. Insbesondere ist es möglich, dass quasi weltweit die gleiche Induktorgeometrie zum Einsatz kommt, auch nach einem Auswechseln des Induktors im Verschleißfall.Within the scope of the method, a reproducible and repeatable geometry can be produced for the inductor, so that overall high process reliability during operation is made possible. This ensures that in a larger series production even after an inductor exchange and also when operating in different plants geometry-uniform inductors are used, so that always standardized conditions. This significantly increases the process stability. In particular, it is possible that virtually the same inductor geometry is used worldwide, even after a replacement of the inductor in the event of wear.

Damit zeigt sich insgesamt, dass mit Hilfe des Verfahrens innerhalb kürzester Zeit auch an komplexeste Geometrien angepasste Induktoren ohne Formvorlage kostengünstig hergestellt werden können. Selbstverständlich ist es im Rahmen des Verfahrens auch möglich, einfache Induktorgeometrien zu erzeugen.This shows that, on the whole, with the aid of the method, inductors adapted to the most complex geometries can be produced inexpensively without a template in a very short time. Of course, it is also possible within the scope of the method to produce simple inductor geometries.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 19935274 C1 [0006, 0013]

Claims

A method for producing an electrical inductor for the inductive heating of a component made of an electrically conductive material, characterized in that the inductor - preferably in layers - is constructed of an electrically conductive material by a generative manufacturing process.

A method according to claim 1, characterized in that as a generative manufacturing method, a selective laser melting, a spray compacting and / or a laser wire spraying is applied.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that on a lower side of the resulting inductor, a support body is arranged, on which the inductor is constructed, wherein preferably a support body is used which has a support surface, the geometry of which corresponds to an active surface to be formed on the inductor ,

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the support body is removed after the completion of the Indukterorgeometrie.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the support body simultaneously with the inductor by the generative manufacturing process, in particular by selective laser beam melting, spray compacting and / or laser wire spraying, or separately from the inductor, preferably by the same generative manufacturing method as the inductor , in particular by selective laser beam melting, spray compacting and / or laser wire spraying, manufactured or provided.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a conductive starting material, preferably a powder or a wire, particularly preferably a metallic or a non-metallic starting material is used as electrically conductive material.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the support body is formed of a material having a lower melting point than the electrically conductive material, preferably of a metal, an ice or a wax, or that the support body made of a soluble material a salt is formed.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the support body is melted off the inductor, in particular melted out of the inductor, or detached from the inductor, preferably dissolved out of the inductor, is.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that an inductor geometry as a data set is predetermined computer-aided by a numerical method, wherein the method is performed based on the computer-aided record.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a wall thickness of the inductor is formed depending on the load evenly or locally varying.