ansys - CAD-FEM GmbH

Bild 1: Erwärmungskonzept Bild 2: Schaltfolge der Elektroden
Bild 3: Anlage zum konduktiven Erwärmen von Formplatinen
Elektrodenanzahl, die Elektrodenlayouts
und die Ansteuerungszeiten zur Erreichung
der homogenen Temperaturverteilung
im ausgewählten Formzuschnitt
berechnet. Dazu wurde der Platinenzuschnitt
als FE-Modell modelliert und die
Elektroden als Randbedingungen aufgebracht.
Sowohl die interne Kühlung der
Elektroden als auch die kontaktdruckabhängige
Einbringung des Stroms während
der Erwärmungssimulationen wurden
dabei berücksichtigt. Ziel war es, mit möglichst
wenigen Elektroden eine schnelle
und homogene Erwärmung zu ermöglichen.
Aufgrund der komplexen Geometrie
werden einzelne „Hot Spots“, in
denen die Temperatur gegenüber anderen
Gebieten deutlich erhöht ist, toleriert und
in der späteren Praxis mittels Luftkühlung
unterdrückt. In den Simulationen hat sich
herausgestellt, dass für den Zuschnitt einer
B-Säule eine Anlage mit drei Erwärmungsbereichen
und einer Treppenanordnung
im Mittelbereich die praktikabelste
Lösung ist.
Die Anlagentechnik
Die drei Erwärmungsbereiche können nicht
gleichzeitig erwärmt werden, da sie sich gegenseitig
elektrisch beeinflussen würden.
Daher werden die Bereiche sukzessive geschaltet
(Bild 2), bis in allen Bereichen die
Zieltemperatur von 950° C erreicht ist. Das
Zuschalten erfolgt durch das Zustellen der
jeweiligen Elektroden von oben über Pneumatikzylinder.
In den Schaltpausen erfolgt
die mechanische Entspannung der Platine,
die sich durch die Erwärmung ausdehnt.
Die vollständige Anlage ist in Bild 3 dargestellt.
Für die drei Erwärmungsbereiche
existieren drei Regelkreise, jeweils bestehend
aus Regler, Trafo mit Tyristorleistungsregelung,
Sekundärstromkreis durch
die Platine (30 V, bis 15 kA) und Ist-Temperaturerfassung
mittels Pyrometer. Die
einzelnen Regelkreise sowie das pneumatische
Zustellen der Elektroden erfolgen
per SPS, die durch einen PC bedient wird.
Hier kann der Benutzer auf einer Bedienoberfläche
die Arbeitsabfolge festlegen und
die Erwärmungsdaten protokollieren. Die
Stromführung auf der Primärseite der
Trafos erfolgt mit flexibler Leitung zum
Schaltschrank, die die Anlage mobil einsetzbar
macht. Die Stromführung auf der
Sekundärseite erfolgt über massive Stromschienen
und im Bereich der beweglichen
Elektrodenanbindung durch flexible Strombänder.
Die Elektroden sind wassergekühlt
und so klein konstruiert, dass die Bereiche
unter den Elektroden, die quer über die
Platine laufen, durch Wärmeleitung in
schnellster Zeit nachwärmen. Zum Schutz
der Anlagenkomponenten vor der Strahlungswärme
der Platine sind allseitig Wärmeabschirmbleche
montiert.
Aktuelle Arbeiten und Ausblick
Derzeit läuft die Inbetriebnahme der Anlagentechnik
am IFUM. Im Anschluss
daran werden Presshärteversuche am Beispiel
der B-Säule unternommen. Hier soll
dezidiert der Unterschied der Bauteilqualität
zwischen konventioneller Erwärmung
im Ofen und konduktiver Erwärmung untersucht
werden. Neben der erwarteten
verbesserten Duktilität und reduzierten
Zunderbildung, gilt es auch das Gefüge
im Bereich der Elektrodenauflage genau
zu untersuchen.
InfoAutoren
Prof. Dr.-Ing. B.-A. Behrens, Dr.-Ing. S. Hübner,
Dr.-Ing. A. Bouguecha, J. Schrödter, Institut für
Umformtechnik und Umformmaschinen (IFUM),
Leibniz Universität Hannover
InfoAnsprechpartner | CADFEM
Tobias Menke, CADFEM GmbH
Tel. +49 (0)511-39 06 03-20
tmenke@cadfem.de
www.ifum.uni-hannover.de
02 | 2012 CADFEM JOURNAL Infoplaner 31