Grundlagen

Induktionserwärmung

Beim induktiven Erwärmen wird mit Hilfe eines elektromagnetischen Wechselfelds ein elektrisch leitfähiger Körper erwärmt. Für die Erzeugung des elektromagnetischen Felds wird eine Induktionserwärmungsanlage, bestehend aus Generator und Spule, benötigt. Der Generator erzeugt einen mittel- oder hochfrequenten Wechselstrom. Dieser erzeugt um die Spule (Induktor) ein elektromagnetisches Wechselfeld. Befindet sich in diesem Feld ein elektrisch leitfähiger Körper, werden Wirbelströme induziert. Durch den elektrischen Widerstand des Werkstücks entsteht hierbei Wärme. Bei ferromagnetischen Körpern entstehen zusätzlich Ummagnetisierungsverluste.

Anwendungsgebiete der induktiven Erwärmung

Typische Anwendungen sind das Härten, Löten, Schrumpfen, Anlassen, Glühen, Schweißen, Schmieden und Schmelzen. Die Bearbeitungszeiten können im Bereich von wenigen Millisekunden bis zu mehreren Stunden liegen.
Für die optimale Auslegung einer Anwendung ist ein interdisziplinäres Verständnis notwendig. Kenntnisse bezüglich elektromagnetischer Felder, Materialkunde, Leistungselektronik und Thermodynamik sind erforderlich, um den Erwärmungsprozess optimal betreiben zu können.

Vorteile der Induktionserwärmung

Die Induktionserwärmung ermöglicht Wärmequellen unmittelbar im elektrisch leitfähigen Körper. Die Wärme muss nicht wie bei Wärmeübertragung durch Konduktion oder Strahlung über die Werkstückoberfläche eingebracht werden. Der Wirkungsgrad ist sehr hoch und durch die sehr hohen Leistungsdichten sind sehr kurze Erwärmungszeiten möglich. In Kombination mit einer ausgezeichneten Steuer- und Regelbarkeit lässt sich ein hoher Grad an Erwärmungsqualität und Prozesssicherheit garantieren.

Skin-Effekt

Als Skin-Effekt bezeichnet man die Verdrängung des Stromes an die Leiteroberfläche bei höheren Frequenzen.

Eindringtiefe

Als Eindringtiefe wird die Schichtdicke bezeichnet, bei der die induzierte Stromdichte auf 36,8% abgesunken ist. In dieser Schicht entstehen 86% der Verlustleistung. Die Eindringtiefe ist von der Frequenz, der Permeabilität und dem elektrischen Widerstand abhängig.

Curie-Punkt

Der Curie-Punkt ist eine Temperaturangabe. Die Permeabilität ferromagnetischer Stoffe nimmt bei dieser Temperatur den Wert 1 an. Über dem Curie-Punkt gehen die magnetischen Eigenschaften verloren. Bei Stahl liegt der Curie-Punkt bei ca. 770°C.