Was ist eine Heizschlange?
Heizschlangen sind Spulen, die bei der Induktionserwärmung verwendet werden.
Wenn der zu erwärmende Gegenstand in die Spule gelegt wird, kann er erwärmt werden. Die Form, die Anzahl der Windungen und der Durchmesser der Heizschlange hängen von den Anforderungen an die Erwärmung ab, z. B. von den Eigenschaften und der Form des zu erwärmenden Objekts und der zu erwärmenden Fläche. Es ist wichtig, die Spule entsprechend den Anforderungen auszulegen und die Wärmeverteilung zu optimieren.
Eine anforderungsgerechte Gestaltung der Heizschlange ist auch notwendig, um die Arbeitseffizienz zu maximieren, indem das Einsetzen und Herausnehmen des Objekts in die Heizschlange erleichtert wird. Darüber hinaus wird die Heizschlange selbst während der Erwärmung indirekt durch die vom Objekt abgegebene Wärme erwärmt. Es ist daher üblich, eine Struktur zu haben, die ständig gekühlt werden kann.
Anwendungen von Heizschlangen
Heizschlangen werden bei der Induktionserwärmung eingesetzt, wenn eine präzise und kontrollierbare Wärmebehandlung ohne direkten Kontakt mit dem Objekt erforderlich ist. Beispiele für spezifische industrielle Anwendungen sind:
- Vorwärmen von Schweißarbeiten
- Härten
- Anlassen
- Glühen
- Hartlöten
- Hartlöten
- Löten
- Metallschmelzen und Schmieden
- Getter-Erwärmung
- Schwebendes Schmelzen
- Materialprüfung
- Versiegeln von Kappen
- Härten von Materialien
- Metall-Glas-Verklebung
- Crimpen
- Erwärmung von Suszeptoren
Die Heizschlangen sind flammenlos, was nicht nur Kohlendioxid und Umweltbelastung reduziert, sondern auch eine abfallfreie und saubere Wärmebehandlung gewährleistet. Das bekannte Induktionskochfeld ist ein Kochgerät, das diese Eigenschaften auf den Durchschnittshaushalt überträgt.
Funktionsweise der Heizschlange
Die Funktionsweise der Heizschlange besteht darin, dass die Spule an eine Wechselstromquelle angeschlossen wird, die um die Spule herum Magnetfeldlinien erzeugt, um den Gegenstand zu erwärmen. Diese Methode der Erwärmung durch elektromagnetische Induktion wird als Induktionserwärmung bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Induktionserwärmungsmethoden.
1. Direkte Heizmethode
Bei der Induktionserwärmung wird ein leitfähiger Gegenstand in eine Spule gelegt und von einem elektrischen Strom durchflossen, wobei der Gegenstand selbst Wärme erzeugt. Dies ist die „direkte Erwärmungsmethode“.
Bei dieser Erwärmungsmethode wird ein Mechanismus verwendet, bei dem Wirbelströme im Objekt in einer Richtung fließen, die verhindert, dass sich der magnetische Fluss ändert, und aufgrund des elektrischen Widerstands Joule-Wärme erzeugt wird. Die Wirbelströme sind in der Nähe der Oberfläche größer und im Inneren kleiner. Dies wird als „Näherungseffekt“ bezeichnet, und direkte Heizmethoden eignen sich für die Oberflächenerwärmung.
2. Indirekte Heizmethode
Bei der Erwärmung von Isolatoren, wie z. B. Keramik, mit Heizschlangen wird das Objekt in ein leitendes Gefäß gestellt und das Gefäß direkt erwärmt, wodurch eine Wärmeübertragung stattfindet und das Objekt erwärmt wird. Dies ist die „indirekte Heizmethode“.
Bei dieser Erwärmungsmethode werden das Heizelement und der Gegenstand miteinander in Kontakt gebracht, oder das Heizelement und der Gegenstand werden voneinander getrennt. Letzteres wird als Ferninfrarotheizung bezeichnet, da die Infrarotstrahlung das Objekt erwärmt.
Aufbau der Heizschlange
Die Form der Heizschlange ist nicht einfach, da die optimale Form je nach den Abmessungen und der Form des Objekts gewählt wird. Es gibt eine Vielzahl von Formen, z. B. äußere Heizschlangen, bei denen das Produkt zur Erwärmung der Außenfläche einer Welle in die Heizschlange eingeführt wird, oder innere Heizschlangen, bei denen die Heizschlange zur Erwärmung der Innenseite eines Stahlrohrs o. Ä. eingeführt wird.
Zu den Hochfrequenz-Härteverfahren mit Induktionserwärmung gehören beispielsweise das stationäre One-Shot-Härteverfahren, bei dem das Objekt ohne Bewegung erwärmt wird, und das bewegte Härteverfahren, bei dem das Objekt nacheinander gehärtet wird, während es bewegt wird. Die verwendeten Heizschlangen sind jeweils unterschiedlich.
1. Aufbau der Heizschlangen beim Hochfrequenz-Abschreckverfahren
Beim „In-situ-One-Shot-Abschreckverfahren“ werden Heizschlangen entsprechend der Form des Objekts hergestellt und müssen je nach Art des Produkts vorbereitet werden. Die Form der Heizschlangen ist wichtig und erfordert Erfahrung und Know-how bei der Konstruktion und Herstellung.
Die Vorteile liegen jedoch darin, dass auch komplexe Formen gleichmäßig erwärmt werden können und die für die Erwärmung benötigte Zeit im Vergleich zum beweglichen Abschreckverfahren reduziert werden kann. Bei der „mobilen Abschreckmethode“ hingegen werden einzelne oder mehrere Spulen verwendet. Die Form ist einfacher als bei der stationären Abschreckmethode mit einem Schuss und wird unter Berücksichtigung des Wellendurchmessers und der Länge des Objekts gewählt.
2. Heizschlangen-Konstruktion mit Kühlwassereinspritzung
Beim Abschrecken wird die Konstruktion mit einem Strahl von Abschreckwasser versehen. Der Grund dafür ist, dass das erhitzte Objekt schnell abgekühlt werden muss.
Es gibt zwei Arten von Düsen:
- Ein Typ, bei dem das Härtewasser von der Innenseite der Heizschlange auf das Objekt gespritzt wird
- Ein Typ, bei dem ein separater Kühlmantel in der Nähe der Heizschlangen installiert ist
Der Typ, bei dem das Kühlwasser von der Innenseite der Heizschlange eingespritzt wird, hat eine Struktur, die sowohl die Kühlung der Heizschlange als auch die Kühlung des Objekts mit Abschreckwasser ermöglicht. Das Objekt kann effizient gekühlt werden, da es direkt von der Heizstelle aus gekühlt werden kann, aber in vielen Fällen ist die Form komplex.