Induktionserwärmung

Induktionserwärmung bezeichnet das Erhitzen leitfähiger Werkstücke durch ein sich änderndes Magnetfeld, das von einer Spule erzeugt wird. Ein Frequenzumrichter treibt die Spule mit hochfrequentem Wechselstrom, wodurch im Werkstück Wirbelströme induziert werden. Der Widerstand des Werkstücks wandelt diese Energie in Wärme um; bei ferromagnetischen Materialien tragen zusätzlich Hystereseverluste zur Erwärmung bei. Die Eindringtiefe der Wärme hängt von Frequenz, Werkstoff, Leiteigenschaften und Geometrie ab.

Aufbau und Betrieb: Typischer Aufbau umfasst eine Induktionsspule, einen Frequenzumrichter, Kühlungssysteme und eine Prozesssteuerung. Die Spule wird vom Inverter mit Hochfrequenzwechselstrom beaufschlagt; das Werkstück wird in oder durch die Spule geführt. Relevante Parameter sind Leistung, Frequenz, Kopplung und Kühlbedingungen; durch Steuerung dieser Größen lässt sich Temperatur, Wärmemuster und Verteilung gezielt einstellen.

Anwendungen: Induktionserwärmung wird in der Metallbearbeitung breit eingesetzt, etwa zum Härten und Anlassen von Bauteilen, zum Vorwärmen vor Schweißen oder Löten, zum lokalen Schmelzen kleiner Werkstücke und zum Vorwärmen von Bauteilen in der Fertigung.

Vorteile und Einschränkungen: Vorteile sind schnelle Reaktionszeiten, lokalisierte, kontaktlose Erwärmung, hohe Effizienz und saubere Prozesse. Nachteile umfassen hohe Investitions- und Betriebskosten, komplexe Spulenkonstruktion und Prozessregelung, Anforderungen an Kühlung sowie EMI-Emissionen und Einschränkungen bei nicht leitenden Materialien oder unregelmäßigen Geometrien.

Sicherheit und EMV: Die starken magnetischen Felder und hohen Temperaturen erfordern geeignete Schutz- und Kühlmaßnahmen, Schutzabdeckungen und sicherheitsrelevante Einrichtungen. Zusätzlich müssen elektromagnetische Störungen (EMI) in Produktionsumgebungen berücksichtigt werden.