EOW May 2007

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Anwendungsvorteile der Technologie der induktiven Erwärmung bei der Behandlung von

Drahtprodukten Inductotherm Heating andWelding Technologies Ltd – Radyne Division

Induktive Erwärmung: die Grundsätze Um die vielen im Zusammenhang mit der induktiven Erwärmung stehenden Vorteile vollkommen zu ergreifen, ist es zunächst wichtig die wesentlichen Grundsätze zu verstehen, die im Mittelpunkt der Technologie stehen. Für mehrere unterschiedliche Verfahren einsetzbar, schließen die typischen Anwendungen seit Beginn der kommer- ziellen Induktionserwärmung Anfang der 40er Jahre, das Schmelzen von Metallen, Erwärmen vor demBiegen oder Umformen, verschiedene Wärmebehandlungen, Härten und Vergüten sowie die Verbind- ung von Metallen durch Löten oder Schmelzspleißen ein. Unter den ersten Beispielen der induktiven Erwärmung findet man auch die Entwicklung der Hochfrequenz oder der rohrförmigen Oszillatoreinrichtung, die in der Regel bei hohen Frequenzen wirkte, und die Motorgeneratoren, die zur Entwicklung der induktiven Erwärmungsleistung bei niedrigen Frequenzen eingesetzt wurden. Verlangte man eine Lehrbuchdefinition über das Verfahren der induktiven Erwärmung, lautete sie stets wie folgt: “Die induktive Erwärmung entsteht, wenn ein metallisches Objekt in ein veränderbares elektromagnetisches Feld gelegt wird. Die induktive Erwärmung entsteht durch die Bewegung der Molekularstruktur des Objekts anhand des elektromagnetischen Felds, wenn die Moleküle erregt werden, zusammenstoßen und dadurch Wärme produzieren.”

Demzufolge kann die induktive Erwärm- ung mit der elektrischen Anordnung eines kleinen Transformators verglichen werden, wobei die Primärseite des Transformators die induktive Energiequelle oder den Induktionsgenerator umfaßt, welcher der Induktionsspule oder dem Induktionselement die Energie zuführt, wobei das zu erwärmende Objekt im magnetischen Feld dieser Wicklung oder dieses Elements liegt und die Sekundärseite darstellt. wird dann von der induktiven Energiequelle oder vom Induktionsgenerator an der Induktionsspule oder an das Induktionselement angebracht. Dank gegenseitiger Wärmübertragung fließen magnetische Flusslinien durch das Objekt, um einen Widerstand gegen die Stromrichtung zu schaffen; da auf diese Weise Strom fließt, wirdWärme generiert. Eindringtiefe Der englische Physiker, Michael Faraday, bemerkte anfangs das oben genannte Phänomen bei seiner Entwicklung des elektrischen Transformators. Um diese Wärmewirkung tatsächlich zu beseitigen, wurden danach Transformatoren mit Lamellen entworfen, um die Wirkungen des elektromagnetischen Felds bei der Erwärmung des Transformators zu vermeiden oder zu reduzieren. Der Grund, warum ein laminierter Transformator sich nicht durch die elektromagnetische Induktion erwärmt, liegt an einem Phänomen, das „Eindringtiefe“ oder „Bezugstiefe“ genannt wird, und bezieht sich auf die Tiefe bei der zirka 80% des Stroms durch ein Werkstück fließen. Ein magnetisches Wechselfeld

Die Tiefe verhält sich proportional zum elektrischen Widerstand des erwärmten Materials sowie zur Betriebs- Ausgangsfrequenz (in Hertz gemessen) der induktiven Energiequelle oder des Induktionsgenerators, die das magnetische Feld entwickeln. Bei Hochfrequenzen ist die Eindring- oder Bezugstiefe imVergleich zu den Niederfrequenzen dünn. Das ist einer der Hauptgründe weswegen induktive Erwärmung derart weitgehend bei selektiven Stahlwärmebehandlungen eingesetzt wird, wo die Aufkohlungstiefen der Wärmebehandlung dank einer sorgfältigen Auswahl der Ausgangs- frequenz des Induktionssystems genau überprüft werden können. Faktor, der bei der Wirkung der Erwärmung eines metallischen Gegenstands in einem elektromagnetischen Feld auftritt, ist die in Kilowatt gemessene Leistungsdichte. Daraus folgt, daß, je höher die Leistungsdichte für eine bestimmte Frequenz ist, desto näher an der Oberfläche die Erwärmung erfolgt. Je niedriger die Leistungsdichte ist, desto tiefer ist die Erwärmung. Die Grundauswahl der induktiven Erwärmung für jedes spezifische Verfahren ist demzufolge weitgehend mit der Auswahl der richtigen induktiven Energiequellen- Ausgangsfrequenz verbunden sowie mit der richtigen Leistungsdichte für eine bestimmte Anwendung. Berechnung der Frequenz Bei Frequenzen, die für die induktive Erwärmung benutzt werden, neigt der Strom dazu in der Oberfläche des Ein weiterer entscheidender

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EuroWire – Mai 2007