Induktive Erwärmung

Induktiv erwärmtes Werkstück

Induktiv erwärmtes Rundeisen

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 über eine von nieder- oder mittelfrequentem^[1] Wechselstrom durchflossene Spule (dem Induktor) ein magnetisches Wechselfeld, das im Material Wirbelströme induziert, in ferromagnetischen Stoffen auch Ummagnetisierungsverluste. Häufige Anwendungen sind das Anlassen, Glühen, Löten, Schweißen, Schmelzen.

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 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.

Der Wirkungsgrad ist hoch, sofern nicht sehr gut leitende Materialien wie Aluminium oder Kupfer erwärmt werden sollen.

Die Form des meist wassergekühlten Induktors wird entsprechend der Form und Größe des Werkstückes oder der Erwärmungszone hergestellt. Die Frequenz muss an die Größe und Leitfähigkeit des Werkstücks angepasst werden: hohe Frequenzen erlauben oberflächennahes Erwärmen.

Die Konzentration der Feldlinien durch Polschuhe ist sehr gut möglich und wird besonders bei Flächenspulen oder bei der Konzentration für punktförmiges Erwärmen genutzt. Der Wirkungsgrad ist hierbei besonders bei Serienkreis-Generatoren sehr hoch. Es kann oft sogar auf das Kühlen des Induktors mit Kühlwasser verzichtet werden.^[2]

Die Anschaffungskosten einer Induktions-Anlage können deutlich höher sein als bei konventionellen Verfahren wie Widerstandsheizung oder beim Erhitzen durch eine Flamme. Durch den hohen Wirkungsgrad moderner Halbleiter-Generatoren und die wesentlich höhere Energiedichte sind Induktionsgeneratoren allerdings hocheffizient und wirtschaftlicher als die vorgenannten Verfahren. Auch kurze Amortisationszeiten können dargestellt werden. Insbesondere in Kombination mit modernen Wärmerückgewinnungs-Systemen des Kühlkreislaufes ist eine Induktionserwärmungsanlage meist in den heute geforderten 24 Monaten amortisiert.^[3]

Spezielle Anwendungen

• Induktionskochfeld
• gezielte Erwärmung bestimmter Bereiche, z. B. für das Härten oder für Beschichtungen, Klebe- oder Lötverbindungen
• Erwärmung von Hülsen zur Herstellung bzw. Trennung von Schrumpfverbindungen
• Zonenschmelzverfahren
• Tiegelloses Schmelzen
• Erhitzung des Getters bei Vakuumröhren, Ausheizen von Vakuum-Einbauteilen oder Elektroden durch den Glaskolben hindurch

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

Weblinks

• Institut für Elektroprozesstechnik, Leibniz Universität Hannover
• Leistungsberechnungen für Induktives Heizen
• Was ist Induktionserwärmung?

Einzelnachweise