Induktionserwärmung

Alle Werkstoffe, die elektrisch leitend oder halbleitend sind - wie zum Beispiel alle Metalle sowie Silizium, Graphit und bestimmte Keramiken - lassen sich induktiv erwärmen. Bringt man ein Werkstück in ein magnetisches Wechselfeld, so wird in ihm nach dem Transformatorprinzip ein Strom induziert. Dieser vorwiegend in der Oberfläche fliessende Wirbelstrom ist kurzgeschlossen und wird direkt in Wärme umgewandelt. Das hochfrequente Magnetfeld wird von einem Induktor erzeugt, welcher der zu erwärmenden Zone des Werkstückes angepasst ist, wodurch sich das Werkstück bei Bedarf auch partiell erwärmen lässt.

Der aus einem wassergekühlten Kupferrohr bestehende Induktor ist an den Schwingkreis des Induktionsgenerators angeschlossen. Auf diese Weise lässt sich in der gesamten Oberfläche oder nur in bestimmten Bereichen des Werkstückes eine hohe Stromdichte erzeugen, welche an dem ohmschen Widerstand des Werkstückes eine Spannung verursacht. Strom und Spannung werden an diesem Widerstand in Wärme umgewandelt.

Hochfrequenzgenerator M260

Die Tiefe der erwärmten Schicht wird von der Generatorfrequenz bestimmt. Durch die richtige Wahl von Frequenz und Leistung lassen sich mit Induktionserwärmung von der Oberflächenhärtung kleiner Teile bis zur Durchwärmung grosser Schmiedestücke alle technischen Erwärmungsprozesse realisieren.

Das Besondere an Induktionserwärmung ist die berührungslose Energieübertragung zwischen dem Induktor und dem Werkstück. Die Energie lässt sich auch über eine relativ grosse Distanz von mehreren Zentimetern übertragen. Auf diese Weise ist die berührungssichere Isolation des Induktors ohne Beeinträchtigung des Erwärmungs-prozesses möglich. Die Energieübertragung ist ohne eine Verringerung des Wirkungsgrades auch im Vakuum oder durch die Wände eines elektrisch nichtleitenden Behälters möglich.

Es werden zur Induktionserwärmung im wesentlichen vier Frequenz- bereiche genutzt, welche sich durch die verfahrenstechnische Anwendung und die verwendete Gerätetechnik unterscheiden. Die dafür benötigte Energie wird in der Regel mittels Frequenzumformung vom öffentlichen Stromnetz bezogen.

Netzfrequenzanlagen mit 50 . . 300 Hz werden zum Beispiel für das induktive Schmelzen von Metallen in Hüttenwerksrelationen, zur Walzerwärmung von Brammen, zur Erwärmung von Rezipienten in der chemischen Industrie oder dem Normalglühen von Schweissnähten im Behälterbau verwendet.

Schmiedeerwärmung Werkzeug

Mittelfrequenzanlagen werden mittlerweile für Frequenzen von 1 . . 100 kHz vorzugsweise als statische Generatoren gebaut, welche heute kostengünstiger als rotierende Motor / Generatorsätze hergestellt werden können. Diese Anlagen arbeiten besonders effizient bei der Erwärmung grösserer Werkstücke, weil dann der - durch die niedrige Betriebsfrequenz bedingte - vielwindige Induktor ohne einen Ausgangstransformator angeschlossen werden kann.

Die Hauptanwendungsgebiete sind unter anderem die Blecherwärmung in Bandverzinkungsanlagen für die Automobilindustrie, die Schmiedeerwärmung von Teilen mit mittlerer Masse, die Herstellung von Edelmetall- legierungen für die Schmuckindustrie oder die Ober- flächenerwärmung zum Härten mit höheren Eindringtiefen.

Hochfrequenzanlagen mit Betriebsfrequenzen von 100 kHz . . 6 MHz haben die vielfältigsten Anwendungsmöglichkeiten bei der induktiven Erwärmung. Kleinteile, wie zum Beispiel Werkzeuge, werden mit Hochfrequenz schmiedeerwärmt und anschliessend die Verschleissflächen partiell induktiv gehärtet. Bei Zerspanungswerkzeugen werden die Schneidkanten mit induktiv hartgelöteten Hartmetall- oder Diamant-Plättchen bestückt. Gut geeignet ist der Hochfrequenz- bereich zur Schmiedeerwärmung von Kleinteilen aller Art oder zur Erwärmung von schwer erwärmbaren Werkstoffen, wie Kupfer- oder Aluminiumlegierungen.

Eine Nachbehandlung durch das Glühen der Elektroden von evakuierten oder gasgefüllten Leuchtmitteln, wie etwa Gasentladungslampen oder Röntgenröhren, ist durch die Glaskörper der fertigen Produkte hindurch üblich. In der Automobilindustrie werden mit Hochfrequenz die Gleitlagerflächen von Kurbel- und Nockenwellen gehärtet sowie Getriebeteile zum Aufschrumpfen oder Vernieten partiell erwärmt. Im Bereich Medizintechnik werden mit HF-Generatoren Implantate aus Edelstahl und Titan vor der Umformung erwärmt, um spätere Kaltbrüchigkeit zu vermeiden.

Schmiedeerwärmung Baubeschläge

Induktionsgeneratoren werden für die vielfältigsten Erwärmungsaufgaben in der industriellen Fertigung eingesetzt, bei denen eine Wärmebehandlung hoher Qualität mit reproduzierbaren Ergebnissen und grosser Wirtschaftlichkeit gefordert ist. Im Forschungsbereich kommt Induktionserwärmung zur Anwendung, wenn höchste Temperaturen und Energiedichte oder reinste Prozessbedingungen gefragt sind.

Induktionserwärmung bietet im Vergleich zu anderen Verfahren einen sehr hohen Wirkungsgrad, da die Wärme sehr schnell nur in den Bereichen des Werkstückes erzeugt wird, die erwärmt werden sollen. Mit Induktions- erwärmung lassen sich ohne besonderen Aufwand hohe Temperaturen von mehreren tausend Grad erreichen. Erwärmungen im Hochvakuum sind auch durch die Wände eines nichtmetallischen Rezipienten möglich.

Induktionserwärmung ist ein industrielles Erwärmungsverfahren, welches sich von konkur-rierenden Erwärmungsverfahren wie folgt unterscheidet:

Verfahren Heissluft Gasflamme E-Ofen Induktion Laser
Investitionskosten sehr gering gering mittel hoch sehr hoch
Erwärmungskosten sehr hoch sehr hoch mittel sehr gering hoch
Wirkungsgrad sehr gering sehr gering gering sehr hoch gering
Energiedichte sehr gering mittel gering hoch sehr hoch
Maximaltemperatur sehr gering hoch mittel sehr hoch sehr hoch
Änderungsflexibilität gering hoch sehr gering sehr hoch sehr hoch

Die saubere und emissionsfreie Induktionserwärmung kommt der Qualität der Arbeitsplätze und dem Schutz unserer Umwelt entgegen. Eine schnelle und genaue Leistungsregelung entspricht den Erfordernissen der automatisierten Fertigung fehlerfreier Teile. Wegen der hohen Verschleissfestigkeit bieten Induktionsgeneratoren eine nahezu hundertprozentige Verfügbarkeit bei moderaten Investitionskosten.


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