Grundlagen der Induktionserwärmung

Induktionserwärmung

Einfach ausgedrückt, ist die Induktionserwärmung die sauberste, effizienteste, kostengünstigste, präziseste und wiederholbarste Methode der Materialerwärmung, die der Industrie heute zur Verfügung steht.

Präzise konstruierte Induktionsspulen in Verbindung mit einer leistungsstarken und flexiblen Induktionsstromversorgung liefern wiederholbare, auf die gewünschte Anwendung zugeschnittene Erwärmungsergebnisse. Induktionsstromversorgungen, die darauf ausgelegt sind, die Materialerwärmung genau zu quantifizieren und auf Änderungen der Materialeigenschaften während des Erwärmungszyklus zu reagieren, machen das Erreichen verschiedener Erwärmungsprofile mit einer einzigen Erwärmungsanwendung möglich.

Der Zweck der Induktionserwärmung kann darin bestehen, ein Teil zu härten, um Verschleiß zu verhindern; das Metall plastisch zu machen, um es zu schmieden oder warm in eine gewünschte Form zu bringen; zwei Teile miteinander zu verlöten oder zu verschweißen; die Bestandteile zu schmelzen und zu mischen, die in die Hochtemperaturlegierungen eingehen, die Düsentriebwerke ermöglichen; oder für eine beliebige Anzahl anderer Anwendungen.

Die Grundlagen

Induktionserwärmung findet in einem elektrisch leitenden Objekt statt (nicht notwendigerweise magnetischer Stahl), wenn das Objekt in ein variierendes Magnetfeld gebracht wird. Die Induktionserwärmung ist auf Hysterese- und Wirbelstromverluste zurückzuführen.

Hystereseverluste treten nur bei magnetischen Materialien wie Stahl, Nickel und wenigen anderen auf. Hystereseverluste werden durch Reibung zwischen Molekülen verursacht, wenn das Material zuerst in eine Richtung und dann in die andere Richtung magnetisiert wird. Die Moleküle können als kleine Magnete betrachtet werden, die sich bei jeder Richtungsumkehr des Magnetfelds drehen. Um sie umzudrehen, ist Arbeit (Energie) erforderlich. Die Energie wandelt sich in Wärme um. Der Energieaufwand (Leistung) steigt mit zunehmender Umkehrgeschwindigkeit (Frequenz).

Wirbelstromverluste treten in jedem leitenden Material in einem veränderlichen Magnetfeld auf. Dies führt zu einer Überschrift, auch wenn die Materialien keine der magnetischen Eigenschaften haben, die man normalerweise mit Eisen und Stahl verbindet. Beispiele sind Kupfer, Messing, Aluminium, Zirkonium, nichtmagnetischer rostfreier Stahl und Uran. Wirbelströme sind elektrische Ströme, die durch Transformatorwirkung in das Material induziert werden. Wie der Name schon sagt, fließen sie scheinbar in Wirbeln innerhalb einer festen Materialmasse. Wirbelstromverluste sind bei der Induktionserwärmung viel wichtiger als Hystereseverluste. Man beachte, dass die Induktionserwärmung bei nichtmagnetischen Materialien angewendet wird, bei denen keine Hystereseverluste auftreten.

Für die Erwärmung von Stahl zum Härten, Schmieden, Schmelzen oder für andere Zwecke, die eine Temperatur oberhalb der Curie-Temperatur erfordern, können wir uns nicht auf die Hysterese verlassen. Stahl verliert oberhalb dieser Temperatur seine magnetischen Eigenschaften. Wenn Stahl unterhalb des Curie-Punktes erhitzt wird, ist der Beitrag der Hysterese in der Regel so gering, dass er vernachlässigt werden kann. Für alle praktischen Zwecke ist der I2R der Wirbelströme die einzige Möglichkeit, elektrische Energie für die Induktionserwärmung in Wärme umzuwandeln.

Zwei Grundvoraussetzungen für die Induktionserwärmung:

  • Ein wechselndes Magnetfeld
  • Ein elektrisch leitfähiges Material, das in das Magnetfeld gebracht wird

Vorteile der Induktionserwärmung

Die Induktionserwärmung ist besonders nützlich, wenn sich stark wiederholende Vorgänge ausgeführt werden. Sobald eine Induktionserwärmungsmaschine richtig eingestellt ist, wird ein Teil nach dem anderen mit identischen Ergebnissen erwärmt. Die Fähigkeit der Induktionserwärmung, aufeinanderfolgende Teile identisch zu erwärmen, bedeutet, dass sich das Verfahren an einen vollautomatischen Betrieb anpassen lässt, bei dem die Werkstücke mechanisch geladen und entladen werden.

Die Induktionserwärmung hat es möglich gemacht, Arbeitsgänge wie das Härten in Produktionslinien zusammen mit anderen Werkzeugmaschinen anzusiedeln, anstatt in abgelegenen, separaten Abteilungen. Dies spart die Zeit für den Transport der Teile von einem Teil des Werks zum anderen. Die induktive Erwärmung ist sauber. Sie gibt keine unangenehme Wärme ab. Die Arbeitsbedingungen rund um die Induktionserwärmungsmaschinen sind gut. Sie geben keinen Rauch und keinen Schmutz ab, die manchmal mit Wärmebehandlungsabteilungen und Schmieden in Verbindung gebracht werden.

Eine weitere wünschenswerte Eigenschaft der Induktionserwärmung ist ihre Fähigkeit, nur einen kleinen Teil eines Werkstücks zu erwärmen, was Vorteile bietet, wenn es nicht notwendig ist, das ganze Teil zu erwärmen. Dieser Vorteil ist besonders wichtig bei wichtigen Teilen, bei denen im normalen Betrieb nur wenige Bereiche mit hohem Verschleiß auftreten. Früher war ein hochwertigeres, teureres Material erforderlich, um dem Verschleiß im Betrieb standzuhalten. Mit der Induktion können weniger teure Materialien lokal verarbeitet werden, um die erforderliche Haltbarkeit zu erreichen.

Induktionserwärmung ist schnell. Eine richtig eingestellte Induktionserwärmungsmaschine kann durch eine effiziente Spulenkonstruktion und Teilehandhabung ein hohes Teilevolumen pro Minute verarbeiten. Da sich Induktionserwärmungsanlagen gut für die Automatisierung eignen, lassen sie sich leicht in bestehende Fertigungsstraßen integrieren. Im Gegensatz zu Strahlungserwärmungslösungen erwärmt die Induktionserwärmung nur das Teil innerhalb der Spule, ohne Energie für unnötige Erwärmung zu verschwenden.

Induktionserwärmung ist sauber. Ohne Flammenbetrieb, der Ruß hinterlässt oder anderweitig eine Reinigung nach der Erwärmung erfordert, ist die Induktionserwärmung eine gute Wahl für Teile, die eine saubere Erwärmung erfordern, wie z. B. bei Lötarbeiten. Da die Induktionserwärmung magnetische Felder nutzt, die durch Glas oder andere Materialien hindurchgehen, ist die Erwärmung in kontrollierter Atmosphäre durch Induktion eine Möglichkeit.

Geschichte der Induktionserwärmung

Faraday (1791-1867) war mit den grundlegenden Prinzipien der Induktion vertraut. Der Schwerpunkt lag zunächst auf den unerwünschten Wirkungen des Phänomens. Es wurde viel Wert darauf gelegt, Methoden zur Verringerung der Auswirkungen der Induktion zu finden, damit Geräte wie Transformatoren, Motoren und Generatoren effizienter werden konnten.

Michael Faraday (1791-1867) wird allgemein die Entdeckung der grundlegenden Prinzipien der Induktionserwärmung im Jahr 1831 zugeschrieben. Der Schwerpunkt der Induktionsforschung lag jedoch auf der Suche nach Methoden zur Verringerung der Auswirkungen der Induktion, damit Geräte wie Transformatoren, Motoren und Generatoren zunächst effizienter werden konnten.

Das Interesse an der Möglichkeit, Metalle durch Induktion zu schmelzen, begann 1916. Eine der ersten kommerziellen Anwendungen war das Schmelzen von kleinen Ladungen mit Hilfe von Funkenstreckenoszillatoren. Eine weitere frühe Anwendung war die Erwärmung von Metallelementen in Vakuumröhren, um absorbierte Gase vor dem Versiegeln zu vertreiben.

Einige Jahre vor dem Zweiten Weltkrieg begannen mehrere Unternehmen mehr oder weniger unabhängig voneinander zu erkennen, dass die Induktion die Lösung für eine Vielzahl von speziellen Erwärmungsanwendungen darstellt. Obwohl die Induktion nach ihrer theoretischen Entdeckung noch nicht lange zu einem industriellen Verfahren geworden war, erlebte sie während des Zweiten Weltkriegs einen rasanten Aufschwung, als der unmittelbare Bedarf bestand, eine große Anzahl von Teilen mit minimalem Arbeitsaufwand zu produzieren.

Heute hat die Induktion ihren Platz in unserer industriellen Wirtschaft als Mittel zur Beschleunigung der Teileproduktion, zur Senkung der Produktionskosten und zur Erzielung hochwertiger Ergebnisse eingenommen.

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Die Zukunft der Induktion

Im Zeitalter hochentwickelter Materialien, alternativer Energien und der Notwendigkeit, Entwicklungsländer zu unterstützen, bieten die einzigartigen Fähigkeiten der Induktion den Ingenieuren und Konstrukteuren der Zukunft eine schnelle, effiziente und präzise Methode der Erwärmung.

Als Technologie der Wahl für schnelle, saubere, wiederholbare, genaue und effiziente Erwärmung hat sich die Induktion in der Zukunft der Fertigung als Eckpfeiler der Industrie fest etabliert. Die rasche Entwicklung der Induktion seit ihrer Entdeckung hat ihr den Ruf einer Spitzentechnologie eingebracht, die für die Entdeckung neuer, effektiverer Prozesse entscheidend ist. Heute ist die Induktion ein Synonym für bahnbrechende Lösungen, die den Weg zu einem neuen Paradigma in der Fertigungstechnologie ebnen.

Radyne Technology steht an der Spitze der Induktionserwärmung und entwickelt neue Wege, um die Induktionserwärmungstechniken und -prozesse in neuen, bisher vernachlässigten Bereichen weiter zu entwickeln. Wir sind ein weltweit führender Hersteller und Pionier in der Entwicklung fortschrittlicher Induktions- und Schutzgas-Erwärmungsanlagen. Klicken Sie hier, um mehr über TFD Power Supply zu erfahren.

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