Induktionserwärmung ist eine Methode um schnell eine homogene Wärme für Herstellungs-Anwendungen, z.B. Kleben oder Ändern der Eigenschaften von Metallen oder anderer leitenden Werkstoffen, zu erzeugen. Der Vorgang beruht auf in dem Werkstoff induzierten Strömen um Wärme zu erzeugen. Obwohl die Grundbegriffe der Induktion weit bekannt sind haben moderne Fortschritte in der Halbleiter-Technologie die Induktionserwärmung zu einer bemerkenswert einfachen und wirtschaftlichen Erwärmungsmethode für Anwendungen wie Verbindung, Behandlung, Erwärmung und Werkstoffversuche gemacht.

Bestandteile eines typischen Induktionserwärmungs-Systems

Die Grund-Bestandteile eines Induktionserwärmungs-Systems sind ein Wechselstrom-Generator, ein Induktor und ein Werkstück (zu erwärmender oder zu behandelnder Werkstoff). Der Generator sendet einen Wechselstrom durch den Induktor, wodurch ein Magnetfeld erscheint. Wenn das Werkstück in den Induktor gebracht wird erzeugt das Magnetfeld Wirbelströme im Werkstück und damit eine genaue Menge sauberer, genau lokalisierter Wärme, ohne physische Berührung zwischen dem induktor und dem Werkstück.

Betriebsfrequenz

Es besteht eine Beziehung zwischen der Frequenz des Wechselstroms und seiner Eindringtiefe im Werkstück; niedere Frequenzen vom 5 bis 30 kHz eignen sich für dicke Werkstoffe, die ein tiefes Eindringen der Wärme erfordern, während höhere Frequenzen von 100 bis 400 kHz sich für kleinere Teile oder ein weniger tiefes Eindringen der Wärme eignen. Je höher die Frequenz, desto höher die Ewärmungs-Geschwindigkeit; das Reiben der Hände um sie zu erwärmen stellt eine gute Analogie dar: je schneller Sie Ihre Hände reiben, desto mehr Wärme erzeugen Sie.

Magnetisches/nichtmagnetisches Material

Magnetische Werkstoffe erwärmen sich schneller als nichtmagnetische, auf Grund der Auswirkung der Hysterese-Erwärmung. Magnetische Materialien weisen einen natürlichen Widerstand gegen die schnell wechselnden Magnetfelder in dem Induktor auf. Die sich daraus ergebende Reibung produziert ihre eigene zusätzliche Wärme – zusätzlich zur Wirbelstrom-Erwärmung. Von einem Metall mit einem hohen Widerstand wird gesagt, dass es eine hohe magnetische „Permeabilität“ aufweist. Die Permeabilität kann für magnetische Materialien von 100 bis 500 variieren, nichtmagnetische Materialien haben eine Permeabilität von 1. Die Hysterese-Erwärmung erfolgt bei Temperaturen unter dem „Curiepunkt“ – der Temperatur bei der ein magnetisches Material seine magnetischen Eigenschaften verliert.

Eindringtiefe

Der in dem Werkstück induzierte Stromfluss ist auf der Oberfläche am stärksten und nimmt unter der Oberfläche schnell ab. Dadurch erwärmt sich das Äußere des Teils schneller als das Innere; 80% der im Werkstück erzeugten Wärme wird in der äußeren „Haut“ produziert. Dies wird als das „Hauteffekt“ bezeichnet. Bei abnehmender Resistivität, steigender Permeabilität oder steigender Frequenz nimmt die Hautdicke ab.

Kopplungseffizienz

Die Kopplung bezieht sich auf die proportionale Beziehung zwischen der Menge des in dem Werkstück fließenden Stroms und dem Abstand zwischen dem Werkstück und dem Induktor. Enge Kopplungen erhöhen üblicherweise den Stromfluss und steigern dadurch die Menge der in dem Werkstück produzierten Wärme.

Wichtigkeit des Induktor-Aufbaus

Der Induktor wird üblicherweise aus Kupferrohr mit einem Durchmesser von 3 bis 5 mm hergestellt, er wird normalerweise wassergekühlt. Die Größe und die Form des Induktors – mit einer oder mehreren Windungen, spiralförmig, rund oder rechteckig, innen oder außen – muss der Form Ihres Werkstücks und den Variablen Ihres Prozesses entsprechen.

Mit einer guten Induktor-Konstruktion kann eine geeignete Wärmeentwicklung erreicht und die maximale Leistung des Induktionserwärmungs-Generators erzielt werden, ohne dadurch das Einbringen oder das Entfernen des Werkstücks zu hindern. Mehr über diesen wesentlichen Aspekt der Induktionserwärmung erfahren Sie in unserem kostenlosen technischen Datenblatt „Konstruktion und Herstellung der Induktoren“

Der HF-Generator

Der HF-Generator erzeugt ein Magnetfeld um das Teil herum durch Senden eines Wechselstroms in den Induktor. Die Ausgangsleistung des Generators bestimmt die relative Geschwindigkeit mit der das Werkstück erwärmt werden kann. Zum Beispiel, ein typischer mit einem 3 kW-Generator durchgeführter Lötvorgang nimmt mit einem 5 kW-Generator weniger Zeit in Anspruch. Jedoch kann eine höhere Leistung einen größeren, schwereren Generator erfordern, der auch andere Erfordernisse haben kann; Größere Generatoren erfordern üblicherweise Drehstrom-Speisungen und Wasserkühlungsaggregate. Mehr Informationen über die HF-Generatoren finden Sie in unserem Produkten-Katalog.

Für die Induktionserwärmung zu berücksichtigende Schlüsselfaktoren

Bestimmung der erforderlichen Leistung

Bei der Bestimmung der für eine spezifische Anwendung erforderlichen Wärmeenergie müssen verschiedene Variabeln berücksichtigt werden: der erforderliche Temperaturwechselgrad, die Masse, die spezifische Wärme und die elektrischen Eigenschaften des Werkstücks, sowie die Kopplungseffizienz der Induktor-Konstruktion. Zusätzlich müssen ebenfalls die durch die Einleitung von Wärme in die Werkstück-Vorrichtung, die Konvektion und die Abstrahlung verursachten Wärmeverluste mit einbezogen werden. HINWEIS: Unsere Anwendungslaboringenieure balancieren diese Variabeln bestens aus und stehen Ihnen gerne zur Seite. Lesen Sie weiter!

Eignet sich die Induktion für meine Anwendung?

In unserem Induktionserwärmungs-Anwendungs-Labor in Scottswille, NY, prüfen und entwickeln wir ständig neue Anwendungen für die Präzisions-Induktionserwärmung, die dank unserer modernen Halbleiter-Technologie möglich werden. Rufen Sie uns an, wenn Sie es wünschen, um uns Muster Ihrer Werkstücke für eine KOSTENLOSE Untersuchung und System-Empfehlung zukommen zu lassen. Vielleicht haben wie bereits Ihre Lösung! Senden Sie uns Ihre Werkstücke, beschreiben Sie Ihr Prozess, sagen Sie uns was für Sie am wichtigsten ist, und wir werden Ihnen den besten Rat geben. Lesen Sie für weitere Informationen unsere Anwendungslabor-Seite oder senden Sie uns ein E-Mail mit Ihren Fragen. Wir freuen uns im Voraus, mit Ihnen zusammen an einer Präzisions-Erwärmungslösung zu arbeiten!

Kleine Produktionsserien und Prozess-Entwicklung

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