Induktionsschmelzmaschinen

F: Was ist elektromagnetische Induktion?

Die elektromagnetische Induktion wurde 1831 von Michael Faraday entdeckt und von James Clerk Maxwell mathematisch als Faradaysches Induktionsgesetz beschrieben. Elektromagnetische Induktion ist ein Strom, der aufgrund der Spannungserzeugung (elektromotorische Kraft) aufgrund eines sich ändernden Magnetfelds erzeugt wird. Dies geschieht entweder, wenn ein Leiter in einem sich bewegenden Magnetfeld platziert wird (bei Verwendung einer Wechselstromquelle) oder wenn sich ein Leiter ständig in einem stationären Magnetfeld bewegt. Gemäß dem unten angegebenen Aufbau hat Michael Faraday einen leitenden Draht an ein Gerät angeschlossen, um die Spannung im Stromkreis zu messen. Wenn ein Stabmagnet durch die Spule bewegt wird, misst der Spannungsdetektor die Spannung im Stromkreis. Durch sein Experiment entdeckte er, dass es bestimmte Faktoren gibt, die diese Spannungserzeugung beeinflussen. Sie sind:
Anzahl der Spulen: Die induzierte Spannung ist direkt proportional zur Anzahl der Windungen/Spulen des Drahtes. Je größer die Anzahl der Windungen, desto größer ist die erzeugte Spannung

Sich änderndes Magnetfeld: Ein sich änderndes Magnetfeld beeinflusst die induzierte Spannung. Dies kann entweder durch Bewegen des Magnetfelds um den Leiter herum oder durch Bewegen des Leiters im Magnetfeld erfolgen.
Vielleicht möchten Sie sich auch diese Konzepte im Zusammenhang mit der Induktion ansehen:
Induktion – Selbstinduktion und gegenseitige Induktion
Elektromagnetismus
Magnetische Induktionsformel.

F: Was ist Induktionserwärmung?

Die Grundlagen der Induktion beginnen mit einer Spule aus leitendem Material (z. B. Kupfer). Wenn Strom durch die Spule fließt, entsteht in und um die Spule ein Magnetfeld. Die Fähigkeit des Magnetfelds, Arbeit zu verrichten, hängt von der Spulenkonstruktion sowie der durch die Spule fließenden Strommenge ab.
Die Richtung des Magnetfeldes hängt von der Richtung des Stromflusses ab, also eines Wechselstroms durch die Spule

Dies führt dazu, dass sich die Richtung eines Magnetfelds mit der gleichen Geschwindigkeit ändert wie die Frequenz des Wechselstroms. Bei einem Wechselstrom von 60 Hz wechselt das Magnetfeld 60 Mal pro Sekunde die Richtung. Bei einem Wechselstrom von 400 kHz wechselt das Magnetfeld 400.000 Mal pro Sekunde. Wenn ein leitfähiges Material, ein Werkstück, in ein sich änderndes Magnetfeld (z. B. ein durch Wechselstrom erzeugtes Feld) gebracht wird, wird im Werkstück Spannung induziert (Faradaysches Gesetz). Die induzierte Spannung führt zum Elektronenfluss: Strom! Der durch das Werkstück fließende Strom verläuft in die entgegengesetzte Richtung wie der Strom in der Spule. Das bedeutet, dass wir die Frequenz des Stroms im Werkstück steuern können, indem wir die Frequenz des Stroms im Werkstück steuern

Spule. Wenn Strom durch ein Medium fließt, gibt es einen gewissen Widerstand gegen die Bewegung der Elektronen. Dieser Widerstand zeigt sich als Wärme (Joule'scher Heizeffekt). Materialien, die dem Elektronenfluss widerstandsfähiger sind, geben mehr Wärme ab, wenn Strom durch sie fließt. Es ist jedoch durchaus möglich, hochleitfähige Materialien (z. B. Kupfer) mithilfe eines induzierten Stroms zu erwärmen. Dieses Phänomen ist für die induktive Erwärmung von entscheidender Bedeutung. Was benötigen wir für die Induktionserwärmung? All dies zeigt uns, dass wir zwei grundlegende Dinge benötigen, damit die Induktionserwärmung stattfinden kann:
Ein sich veränderndes Magnetfeld

Ein elektrisch leitendes Material, das in das Magnetfeld gebracht wird
Wie ist die Induktionserwärmung im Vergleich zu anderen Heizmethoden?
Es gibt mehrere Methoden, einen Gegenstand ohne Induktion zu erhitzen. Zu den gebräuchlichsten industriellen Verfahren gehören Gasöfen, Elektroöfen und Salzbäder. Diese Methoden basieren alle auf der Wärmeübertragung von der Wärmequelle (Brenner, Heizelement, flüssiges Salz) auf das Produkt durch Konvektion und Strahlung. Sobald die Oberfläche des Produkts erhitzt wird, wird die Wärme durch Wärmeleitung durch das Produkt übertragen.
Induktionserwärmte Produkte sind nicht auf Konvektion und Strahlung angewiesen, um Wärme an die Produktoberfläche zu liefern. Stattdessen wird durch den Stromfluss Wärme an der Oberfläche des Produkts erzeugt. Die Wärme von der Produktoberfläche wird dann durch Wärmeleitung durch das Produkt übertragen.

Die Tiefe, bis zu der Wärme direkt durch den induzierten Strom erzeugt wird, hängt von der sogenannten elektrischen Referenztiefe ab. Die elektrische Referenztiefe hängt stark von der Frequenz des durch das Werkstück fließenden Wechselstroms ab. Ein Strom mit höherer Frequenz führt zu einer geringeren elektrischen Referenztiefe und ein Strom mit niedrigerer Frequenz führt zu einer tieferen elektrischen Referenztiefe. Diese Tiefe hängt auch von den elektrischen und magnetischen Eigenschaften des Werkstücks ab.
Elektrische Referenztiefe von Hoch- und Niederfrequenzunternehmen der Inductotherm-Gruppe nutzen diese physikalischen und elektrischen Phänomene, um Heizlösungen für bestimmte Produkte und Anwendungen anzupassen. Die sorgfältige Steuerung von Leistung, Frequenz und Spulengeometrie ermöglicht es den Unternehmen der Inductotherm-Gruppe, unabhängig von der Anwendung Geräte mit einem hohen Maß an Prozesskontrolle und Zuverlässigkeit zu entwickeln. Induktionsschmelzen
Bei vielen Prozessen ist das Schmelzen der erste Schritt zur Herstellung eines nützlichen Produkts; Induktionsschmelzen ist schnell und effizient. Durch die Änderung der Geometrie der Induktionsspule können Induktionsschmelzöfen Ladungen aufnehmen, deren Größe vom Volumen einer Kaffeetasse bis zu Hunderten Tonnen geschmolzenem Metall reicht. Darüber hinaus können die Unternehmen der Inductotherm-Gruppe durch die Anpassung von Frequenz und Leistung praktisch alle Metalle und Materialien verarbeiten, einschließlich, aber nicht beschränkt auf: Eisen, Stahl und Edelstahllegierungen, Kupfer und kupferbasierte Legierungen, Aluminium und Silizium. Induktionsgeräte werden für jede Anwendung individuell entwickelt, um sicherzustellen, dass sie so effizient wie möglich sind. Ein großer Vorteil des Induktionsschmelzens ist das induktive Rühren. In einem Induktionsofen wird das metallische Beschickungsmaterial durch den von einem elektromagnetischen Feld erzeugten Strom geschmolzen oder erhitzt. Wenn das Metall geschmolzen wird, bewirkt dieses Feld auch, dass sich das Bad bewegt. Dies wird als induktives Rühren bezeichnet. Diese ständige Bewegung sorgt für eine natürliche Durchmischung des Bades, wodurch eine homogenere Mischung entsteht und die Legierungsbildung unterstützt wird. Die Menge des Rührens wird durch die Größe des Ofens, die in das Metall eingebrachte Leistung, die Frequenz des elektromagnetischen Feldes und den Typ bestimmt

Anzahl der Metalle im Ofen. Das Ausmaß des induktiven Rührens in einem bestimmten Ofen kann bei Bedarf für spezielle Anwendungen manipuliert werden.InduktionsvakuumschmelzenDa die Induktionserwärmung mithilfe eines Magnetfelds erfolgt, kann das Werkstück (oder die Ladung) durch feuerfestes Material oder etwas anderes physisch von der Induktionsspule isoliert werden nichtleitendes Medium. Das Magnetfeld durchdringt dieses Material und induziert in der darin enthaltenen Ladung eine Spannung. Dies bedeutet, dass die Ladung oder das Werkstück unter Vakuum oder in einer sorgfältig kontrollierten Atmosphäre erhitzt werden kann. Dies ermöglicht die Verarbeitung von reaktiven Metallen (Ti, Al), Speziallegierungen, Silizium, Graphit und anderen empfindlichen leitfähigen Materialien.InduktionserwärmungIm Gegensatz zu anderen Verbrennungsmethoden ist die Induktionserwärmung unabhängig von der Chargengröße präzise steuerbar.

Das Variieren von Strom, Spannung und Frequenz durch eine Induktionsspule führt zu einer fein abgestimmten technischen Erwärmung, die sich perfekt für präzise Anwendungen wie Einsatzhärten, Härten und Anlassen, Glühen und andere Formen der Wärmebehandlung eignet. Ein hohes Maß an Präzision ist für kritische Anwendungen wie Automobil, Luft- und Raumfahrt, Faseroptik, Munitionsbonden, Drahthärten und Anlassen von Federdraht unerlässlich. Die Induktionserwärmung eignet sich gut für Spezialmetallanwendungen wie Titan, Edelmetalle und fortschrittliche Verbundwerkstoffe. Die präzise Steuerung der Heizung mit Induktion ist unübertroffen. Darüber hinaus kann die Induktionserwärmung unter Atmosphärendruck für kontinuierliche Anwendungen durchgeführt werden, indem dieselben Heizprinzipien wie bei Vakuumtiegelheizanwendungen verwendet werden. Zum Beispiel Blankglühen von Edelstahlrohren und -rohren.

Hochfrequenz-Induktionsschweißen
Wenn die Induktion mit Hochfrequenzstrom (HF) erfolgt, ist sogar Schweißen möglich. In dieser Anwendung sind die sehr geringen elektrischen Referenztiefen, die mit HF-Strom erreicht werden können. In diesem Fall wird ein Metallstreifen kontinuierlich geformt und durchläuft dann eine Reihe präzise konstruierter Rollen, deren einziger Zweck darin besteht, die geformten Bandkanten zusammenzudrücken und die Schweißnaht zu erzeugen. Kurz bevor das geformte Band den Rollensatz erreicht, durchläuft es eine Induktionsspule. In diesem Fall fließt der Strom entlang des durch die Streifenkanten erzeugten geometrischen „V“ nach unten und nicht nur um die Außenseite des gebildeten Kanals herum. Wenn Strom entlang der Bandkanten fließt, erwärmen sich diese auf eine geeignete Schweißtemperatur (unterhalb der Schmelztemperatur des Materials). Wenn die Kanten zusammengepresst werden, werden alle Rückstände, Oxide und anderen Verunreinigungen herausgedrückt, was zu einer festen Schweißnaht führt.

Die Zukunft Angesichts des kommenden Zeitalters hochentwickelter Materialien, alternativer Energien und der Notwendigkeit, Entwicklungsländer zu stärken, bieten die einzigartigen Fähigkeiten der Induktion den Ingenieuren und Designern der Zukunft eine schnelle, effiziente und präzise Heizmethode.