×

Was ist Induktion?

Die Unternehmen der Inductotherm Group beschäftigen sich in erster Linie mit dem induktiven Schmelzen, Erwärmen oder Schweißen für eine große Bandbreite an industriellen Anwendungen Aber was genau versteht man unter Induktion und wie unterscheidet sie sich von anderen Erwärmungsverfahren?

Induction Coil Heating
Ein Stück Metall wird binnen weniger Sekunden rot-glühend unter Einfluss des induktiven Wechselfeldes

Es ist faszinierend, wie ein Stück Metall unter Einfluss der Induktion innerhalb weniger Sekunden bis zur Rotglut erhitzt wird.  Diesen Prozess zu verstehen, setzt das Verständnis einer Vielzahl von Fachgebieten voraus: Physik, Elektromagnetismus, Leistungselektronik und Prozesssteuerung. Die Grundlagen der induktion sind jedoch leicht verständlich.

Grundlagen

Entdeckt von Michael Faraday, geht die Induktion von einer Spule aus leitendem Material wie z. B. Kupfer aus. Fließt ein elektrischer Strom durch die Spule, entsteht ein magnetisches Feld in und um die Spule herum. Die Aus- bzw. Einwirkung des Magnetfelds hängen vom Aufbau der Spule und der Stromstärke ab.

Die Richtung des Magnetfeldes hängt von der Fließrichtung des Stroms ab; ein Wechselstrom verursacht eine magnetisches Wechselfeld, dessen Richtung sich analog zur Wechselstrom-Frequenz ändert. Ein Wechselstrom bei 50 Hz bewirkt 50 Mal pro Sekunde einen Richtungswechsel im Magnetfeld; ein 400 kHz Wechselstrom bewirkt 400.000fachen Richtungswechsel des Magnetfeldes pro Sekunde.

Wird ein elektrisch leitendes Material diesem Magnetfeld ausgesetzt, wird eine Spannung induziert (Faradaysches Gesetzt). Die induzierte Spannung wiederum verursacht einen Stromfluss im metallischen Einsatzmaterial; der Stromfluss im Material ist dem Stromfluss in der Spule entgegengesetzt. Dies bedeutet, dass sie Frequenz des Stroms im metallischen Einsatzmaterial durch die Frequenz der Spule steuern lässt.

Wenn Strom ein Medium durchfließt, bietet sich dem Elektronenfluss ein materialspezifischer Widerstand. Dieser Widerstand tritt in Form von Wärme auf (Joulescher Erwärmungs Effekt). Je höher der spezifische Widerstand des durchflossenen Materials ist, desto größer ist die Wärmeentwicklung. Dieses Phänomen ist entscheidend für die induktive Erwärmung.

Was benötigt man für die induktive Erwärmung?

Im wesentlichen werden für den induktiven Erwärmungsprozess zwei grundlegende Dinge benötigt::

  1. Ein magnetisches Wechselfeld
  2. Ein elektrisch leitendes Material, das dem magnetischen Wechselfeld ausgesetzt wird

Wie wirkt sich die induktive Erwärmung im Gegensatz zu anderen Erwärmungsmethoden aus?

Other heating diagram

Es gibt verschiedenste Möglichkeiten, einen Gegenstand ohne Induktion zu erwärmen. Im industriellen Bereich werden oft brennstoffbeheizte oder elektrische Systeme eingesetzt. Diese Methoden basieren alle auf dem Wärmeübertrag von der Wärmequelle (Brenner, Heizstab, etc.) auf das Produkt durch Konvektion oder Strahlung. Sobald die Oberfläche des Produktes aufgeheizt ist, erwärmt sich der Rest des Körper durch seine Wärmeleitfähigkeit.

Induction Heating flow diagram

Bei der Induktion hingegen wird die Wärme durch die auftretenden Wirbelströme direkt in das Werkstück induziert. Hierbei ist die Eindringtiefe abhängig von der eingesetzten Wechselstrom-Frequenz.

Eine hohe Frequenz resultiert in einer vergleichsweise geringen Eindringtiefe; niedrige Frequenzen bewirken hingegen eine hohe Eindringtiefe. Zudem hängt diese natürlich auch von den elektromagnetischen Eigenschaften des Werkstückes ab.

Frequency Distribution Induction heating

Elektrische Eindringtiefe für hohe und niedrige Frequenzen

Inductotherm Group Firmen nutzen diese physikalische und elektrische Phänomen zu ihren Gunsten, um innovative Lösungen im Bereich der induktiven Erwärmung und des induktiven Schmelzens für unterschiedliche Produkte und Anwendungen zu entwickeln. Die genaue Steuerung der elektrischen Leistung und Frequenz, sowie die Auslegung der Spulen-Geometrie ermöglichen es Inductotherm, Anlagen für diverse Anwendungen zu entwerfen, die ein Höchstmaß an Prozesskontrolle und Verfügbarkeit bieten.

Induktives Schmelzen

Induction Melting

Für viele Anwendung ist der Schmelzprozess der erste Schritt bei der Produktion eines entsprechenden Endproduktes. Das induktive Schmelzen ist hierfür die schnellste und effizienteste Lösung. Durch Anpassung der Spulengeometrie werden heutzutage Öfen mit Fassungsvermögen von wenigen kg bis hin zu 1oo t geschmolzenem Material gebaut. Durch Anpassen von Frequenz und elektrischer Leistung kann Inductotherm Schmelzanlagen für nahezu jede Anwendung bzw. jedes Metall anbieten, wobei die Hauptaufgabengebiete im Bereich Eisen, Stahl, Edelstahl, Kupfer und Kupferlegierungen, Aluminium und Silizium liegen. Die Schmelzanlagen werden von Inductotherm auf die spezifischen Anforderungen der Kunden angepasst und erzielen somit eine optimale Effizienz.

Die Zukunft

Für die immer höheren Material-Anforderungen, der Einsatz regenerativer Energien und den weltweite Fortschritt bietet sich den Ingenieuren mit der Nutzung der Induktion eine schnelle, effiziente und präzise Form der Erwärmung.