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Induktive Erwärmung – Häufig gestellte Fragen (FAQ)
Materialien, welche elektrisch leitfähig sind. Grundsätzlich ist aber auch die indirekte Erwärmung von nicht-metallischen Materialien wie z.B. Kunststoffen, Glas, Klebstoffen etc. möglich.
Ein komplettes System besteht in der Regel aus Generator, Kühler (Wasserkühlung), Induktor und Pyrometer (für Temperaturregelung bzw. Überwachung).
Zu erwärmendes Bauteil (kurz WS). Werkstücke bestehen aus elektrisch leitfähigen Materialien wie z.B. Stahl, aber auch Messing, Kupfer, Aluminium etc.
Ein Induktor oder auch Induktionsspule wird benötigt, um gezielt Wärme im Werkstück zu erzeugen. Induktoren werden speziell für die jeweilige Anwendung konzipiert und bestehen in der Regel aus Kupferrohren (wassergekühlt). Der an einem Induktionsgenerator angeschlossene und mit Wechselstrom durchflossene Induktor erzeugt ein elektromagnetisches Wechselfeld, welches im Werkstück Wirbelströme hervorruft. Bedingt durch den elektrischen Widerstand, erwärmt sich das Werkstück. Bei ferromagnetischen Materialien tragen zusätzlich Ummagnetisierungsverluste zur Erwärmung bei (solange sich das Material unterhalb der Curie-Temperatur befindet). Die Energieübertragung zwischen Induktor und Werkstück geschieht dabei berührungslos.
Der Kopplungsabstand ist die Distanz zwischen Spule und Werkstück (Luftspalt).
Der Wirkungsgrad von modernen Induktionsgeneratoren liegt über 90%. Allerdings ist der Wirkungsgrad des Induktors unter anderem abhängig von der Induktor-Geometrie, Material des Werkstückes, Zieltemperatur etc.
Kontaktieren Sie uns für eine detaillierte Leistungsabschätzung oder führen Sie online eine grobe Leistungsberechnung durch.
Nein. Der Induktionsgenerator arbeitet immer in Resonanz – in diesem Fall ist die Energieübertragung maximal. Da die Resonanzfrequenz aber vom gesamten Schwingkreis abhängt (also Kapazität und Induktivität), lässt sich die Frequenz bis zu einem gewissen Grad steuern (durch Veränderung der Induktor-Geometrie bzw. Leistungskondensatoren). Es stehen Mittel- und Hochfrequenz-Generatoren zur Verfügung, welche je nach Anwendung zum Einsatz kommen.
f_0 = \frac 1 {2 \cdot \pi \sqrt{L \cdot C}}(f_0: Resonanzfrequenz, L: Induktivität, C: Kapazität)
Auch Feldkonzentratoren genannt, ist ein weichmagnetisches Material, welches das Magnetfeld eines Induktors beeinflusst. Somit kann das Feld gerichtet bzw. in eine Richtung konzentriert werden.
Die Simulation erlaubt es virtuell verschiedene Induktorgeometrien zu testen, ohne dass diese zunächst physisch gebaut werden müssen. Auch werden bei diesem Entwicklungsschritt keine Werkstücke benötigt. Dies spart Zeit und wertvolle Ressourcen wie Energie aber auch Rohstoff.
Eine Simulation eines induktiven Erwärmungsvorganges (Induktorstrom, Magnetfeld, induzierte Wirbelströme, Temperaturverteilung, Temperaturverlauf im Werkstück etc.) benötigt zwar Energie, um einen Hochleistungs-Rechner zu betreiben. Insbesondere bei grösseren Werkstücken bzw. Komplexen Erwärmungsvorgängen, bei welchen viele Iterationen notwendig sind, zeigen sich die Stärken von numerischen Berechnungen mittel FEM.
Eine thermische Abschätzung, also wie viel Energie eingebracht werden muss, um eine gewünschte Endtemperatur in vorgegebener Zeit zu erreichen dient in erster Linie dazu, die Leistungsklasse des benötigten Generators zu ermitteln. Es gilt, je grösser die Masse des Werkstücks und je kürzer die erlaubte Erwärmungszeit, desto höher die benötigte Leistung.
Die Berechnung basiert auf E_{th} = c_p \cdot m \cdot T (mit [ E_{th}] = J: Thermisch gespeicherte Energie in einem Körper, [c_p] = {J \over {kg \cdot K} }: Wärmekapazität, m: Masse, [T] = K: Temperatur)
Durch Subtraktion der Ausgangsenergie (also z.B. Start bei Raumtemperatur 293.15 K) und Division mit der Erwärmungszeit [t] = s erhält man die Leistung in Watt.
Eine solche Berechnung können Sie hier online durchführen: Leistungsberechnung