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Induktives Erwärmen ist ein Verfahren elektrisch leitfähige Körper durch in ihnen erzeugte Wirbelstromverluste zu heizen
Induktive Erwärmung
Induktives Erwärmen ist ein Verfahren, elektrisch leitfähige Körper durch in ihnen erzeugte Wirbelstromverluste zu heizen.
Die dazu benutzten Vorrichtungen sind die Induktionsheizung und der Induktionsofen. Sie erzeugen mittels einer von niederfrequentem (hier etwa 50–300 Hz), mittelfrequentem (200 Hz-10 kHz nach ; 1 kHz-100 kHz nach ) oder hochfrequentem Wechselstrom durchflossene Spule (dem Induktor) ein magnetisches Wechselfeld, das im Material Wirbelströme induziert.
In ferromagnetischen Stoffen treten unterhalb der Curietemperatur zusätzlich auch Ummagnetisierungsverluste in Erscheinung.
Häufige Anwendungen der induktiven Erwärmung sind das Anlassen, Glühen, Löten, Schweißen, Schmelzen, Aufschrumpfen und die Materialprüfung.
Merkmale
Die Wärme entsteht unmittelbar im Körper selbst, muss also nicht durch Wärmeleitung übertragen werden. Die Wärmeleistung ist gut steuerbar. Die elektrische Leistung stammt aus speziellen Frequenzumrichtern (siehe Inverter oder auch Resonanzwandler) oder direkt aus dem Netz.
Induktive Erwärmung kann durch nichtleitende Materialien hindurch erfolgen; die Umgebung wird nur indirekt erwärmt. Das Verfahren kann unter beliebigen Gasen oder im Vakuum angewendet werden, es entstehen keine Verunreinigungen durch eine externe Wärmequelle.
Nachteilig ist die Störabstrahlung, insbesondere bei hochfrequenten Anlagen: in unmittelbarer Umgebung können andere elektrische oder elektronische Anlagen oder Geräte gestört werden.
Die Form des meist wassergekühlten Induktors wird entsprechend der Form und Größe des Werkstückes oder der Erwärmungszone hergestellt. Die Frequenz muss oft an die Größe und Leitfähigkeit des Werkstücks angepasst werden: hohe Frequenzen führen aufgrund der Skintiefe zu oberflächennahem Erwärmen.
Die Konzentration der Feldlinien durch Polschuhe ist möglich und wird für punktförmiges Erwärmen oder die Gestaltung/Formung der Erwärmungszone genutzt.
Der Wirkungsgrad ist abhängig von dem Abstand sowie der Leitfähigkeit der Arbeitsspule und des Werkstücks. Er nimmt zu, je schlechter die Leitfähigkeit des Werkstücks ist. Bei schlecht leitenden Werkstoffen wie Eisen kann daher oft auf das Kühlen des Induktors verzichtet werden (z. B. bei der Induktionskochplatte).
Die Anschaffungskosten einer Induktions-Anlage können deutlich höher sein als bei Einsatz konventioneller Verfahren wie Widerstandsheizung oder beim Erhitzen durch eine Flamme. Durch den hohen Wirkungsgrad heutiger Halbleiter-Generatoren und die wesentlich höhere Energiedichte und die Wärmeerzeugung direkt im Werkstück ist induktive Erwärmung allerdings hocheffizient und oft wirtschaftlicher als indirekte Heizverfahren.
Anwendungen
- Induktionskochfeld
- gezielte Erwärmung bestimmter Bereiche, z. B. für das Härten und Warmumformen oder für Beschichtungen, Klebe- oder Lötverbindungen
- Erwärmung der Außenpartner zur Herstellung bzw. Trennung von Schrumpfverbindungen
- Zonenschmelzverfahren
- Tiegelloses Schmelzen
- Erhitzung des Getters bei Vakuumröhren, Ausheizen von Vakuum-Einbauteilen oder Elektroden durch den Glaskolben hindurch
- Dieless drawing, ein werkzeugloses Drahtziehen
- Aktive Thermografie
- Plasmaerzeugung (inductively coupled plasma)
Siehe auch
- Dielektrische Erwärmung
- Mikrowellenherd
Literatur
- Bernard Nacke, Herbert Pfeifer (Hrsg.), Olaf Irretier, Taschenbuch industrielle Wärmetechnik, 2007, ISBN 3-8027-2937-4
- Günter Benkowsky, Induktionserwärmung: Härten, Glühen, Schmelzen, Löten, Schweißen; Grundlagen und praktische Anleitungen…, 1990, ISBN 3-341-00813-6
- Elmar Wrona, Numerische Simulation des Erwärmungsprozesses für das induktive Randschichthärten komplexer Geometrien, 2005, ISBN 3-86537-396-8
- Valery Rudnev, Don Loveless, Raymond Cook, Micah Black, Handbook of Induction Heating, 2003, ISBN 0-8247-0848-2
Weblinks
- Institut für Elektroprozesstechnik, Leibniz Universität Hannover
- Leistungsberechnungen für Induktives Heizen
- Was ist Induktionserwärmung?
Einzelnachweise
- http://www.induktionserwaermung.de/html/induktionserwaermung.html
- Kurt Kegel: Die Praxis der induktiven Warmbehandlung. Springer-Verlag, 2013, S. 55 (eingeschränkte Vorschau in der Google-Buchsuche).
Autor: www.NiNa.Az
Veröffentlichungsdatum:
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Induktives Erwarmen ist ein Verfahren elektrisch leitfahige Korper durch in ihnen erzeugte Wirbelstromverluste zu heizen Induktiv erwarmtes WerkstuckInduktiv erwarmtes Rundeisen Die dazu benutzten Vorrichtungen sind die Induktionsheizung und der Induktionsofen Sie erzeugen mittels einer von niederfrequentem hier etwa 50 300 Hz mittelfrequentem 200 Hz 10 kHz nach 1 kHz 100 kHz nach oder hochfrequentem Wechselstrom durchflossene Spule dem Induktor ein magnetisches Wechselfeld das im Material Wirbelstrome induziert In ferromagnetischen Stoffen treten unterhalb der Curietemperatur zusatzlich auch Ummagnetisierungsverluste in Erscheinung Haufige Anwendungen der induktiven Erwarmung sind das Anlassen Gluhen Loten Schweissen Schmelzen Aufschrumpfen und die Materialprufung MerkmaleDie Warme entsteht unmittelbar im Korper selbst muss also nicht durch Warmeleitung ubertragen werden Die Warmeleistung ist gut steuerbar Die elektrische Leistung stammt aus speziellen Frequenzumrichtern siehe Inverter oder auch Resonanzwandler oder direkt aus dem Netz Induktive Erwarmung kann durch nichtleitende Materialien hindurch erfolgen die Umgebung wird nur indirekt erwarmt Das Verfahren kann unter beliebigen Gasen oder im Vakuum angewendet werden es entstehen keine Verunreinigungen durch eine externe Warmequelle Nachteilig ist die Storabstrahlung insbesondere bei hochfrequenten Anlagen in unmittelbarer Umgebung konnen andere elektrische oder elektronische Anlagen oder Gerate gestort werden Die Form des meist wassergekuhlten Induktors wird entsprechend der Form und Grosse des Werkstuckes oder der Erwarmungszone hergestellt Die Frequenz muss oft an die Grosse und Leitfahigkeit des Werkstucks angepasst werden hohe Frequenzen fuhren aufgrund der Skintiefe zu oberflachennahem Erwarmen Die Konzentration der Feldlinien durch Polschuhe ist moglich und wird fur punktformiges Erwarmen oder die Gestaltung Formung der Erwarmungszone genutzt Der Wirkungsgrad ist abhangig von dem Abstand sowie der Leitfahigkeit der Arbeitsspule und des Werkstucks Er nimmt zu je schlechter die Leitfahigkeit des Werkstucks ist Bei schlecht leitenden Werkstoffen wie Eisen kann daher oft auf das Kuhlen des Induktors verzichtet werden z B bei der Induktionskochplatte Die Anschaffungskosten einer Induktions Anlage konnen deutlich hoher sein als bei Einsatz konventioneller Verfahren wie Widerstandsheizung oder beim Erhitzen durch eine Flamme Durch den hohen Wirkungsgrad heutiger Halbleiter Generatoren und die wesentlich hohere Energiedichte und die Warmeerzeugung direkt im Werkstuck ist induktive Erwarmung allerdings hocheffizient und oft wirtschaftlicher als indirekte Heizverfahren AnwendungenInduktionskochfeld gezielte Erwarmung bestimmter Bereiche z B fur das Harten und Warmumformen oder fur Beschichtungen Klebe oder Lotverbindungen Erwarmung der Aussenpartner zur Herstellung bzw Trennung von Schrumpfverbindungen Zonenschmelzverfahren Tiegelloses Schmelzen Erhitzung des Getters bei Vakuumrohren Ausheizen von Vakuum Einbauteilen oder Elektroden durch den Glaskolben hindurch Dieless drawing ein werkzeugloses Drahtziehen Aktive Thermografie Plasmaerzeugung inductively coupled plasma Siehe auchDielektrische Erwarmung MikrowellenherdLiteraturBernard Nacke Herbert Pfeifer Hrsg Olaf Irretier Taschenbuch industrielle Warmetechnik 2007 ISBN 3 8027 2937 4 Gunter Benkowsky Induktionserwarmung Harten Gluhen Schmelzen Loten Schweissen Grundlagen und praktische Anleitungen 1990 ISBN 3 341 00813 6 Elmar Wrona Numerische Simulation des Erwarmungsprozesses fur das induktive Randschichtharten komplexer Geometrien 2005 ISBN 3 86537 396 8 Valery Rudnev Don Loveless Raymond Cook Micah Black Handbook of Induction Heating 2003 ISBN 0 8247 0848 2WeblinksInstitut fur Elektroprozesstechnik Leibniz Universitat Hannover Leistungsberechnungen fur Induktives Heizen Was ist Induktionserwarmung Einzelnachweisehttp www induktionserwaermung de html induktionserwaermung html Kurt Kegel Die Praxis der induktiven Warmbehandlung Springer Verlag 2013 S 55 eingeschrankte Vorschau in der Google Buchsuche