Was ist eine Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlage?
Eine Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlage ist ein Gerät, das durch Hochfrequenz-Induktion erwärmt.
Wenn Wechselstrom durch eine Spule fließt, die einen Metallkörper enthält, wird durch den in der Spule fließenden Strom ein Magnetfeld erzeugt, wobei Induktionsverluste, d. h. Hystereseverluste, auftreten und Wärme erzeugt wird. Gleichzeitig entstehen in dem durch den Wechselstrom veränderten Magnetfeld aufgrund der elektromagnetischen Induktion Wirbelströme, d. h. Wirbelströme. Diese Wirbelströme erzeugen Joule-Wärme, die Wirbelstromverluste verursacht.
Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlagen nutzen die beiden Erwärmungsprinzipien Hystereseverlust und Wirbelstromverlust. Die Energie, die dem zu erwärmenden Objekt pro Flächen- und Zeiteinheit zugeführt wird, ist groß, was eine Hochgeschwindigkeitserwärmung ermöglicht.
Anwendungen von Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlagen
Die Hochfrequenz-Induktionserwärmung kann Leiter wie Metalle berührungslos erwärmen und wird daher häufig zum Schmelzen, Härten und Löten von Metallen verwendet. Ein bekanntes Beispiel sind Induktionskochfelder. Andere Anwendungen sind Harze, Holz, Textilien, Lebensmittel und Medizin.
Bei thermoplastischen Kunststoffen kann die Induktionserwärmung zum Schweißen von Harzen verwendet werden, während diese in eine Form gepresst werden. In der Lebensmittelproduktion können hochfrequente Induktionserwärmungsanlagen bei der Verarbeitung großer Mengen von Lebensmitteln in Fertigungsstraßen eingebaut werden, um ein schnelles Auftauen der Lebensmittel zu ermöglichen.
Im medizinischen Bereich werden Hochfrequenz-Induktionserwärmungsmethoden auch bei der Entwicklung der Thermotherapie von Krebs und anderen Behandlungen eingesetzt.
Funktionsweise der Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlagen
Die Hochfrequenz-Induktionserwärmung ist eine Methode zur Erwärmung von Gegenständen durch elektromagnetische Induktion. Sie kann als direkte oder indirekte Erwärmungsmethode klassifiziert werden, je nachdem, ob der zu erwärmende Gegenstand direkt oder über einen leitenden Behälter mit elektrischem Strom durchflossen wird.
1. Direkte Heizmethoden
Im Allgemeinen wird nach den Gesetzen der elektromagnetischen Induktion, wenn ein Wechselstrom durch eine Spule fließt, ein magnetischer Fluss erzeugt, der durch die Mitte der Spule verläuft und die Außenseite umgibt. Um zu verhindern, dass sich dieser Magnetfluss verändert, werden im Metall Wirbelströme erzeugt.
Abhängig von der Stärke dieser Wirbelströme und dem elektrischen Widerstand des Metalls wird im Metall Joule-Wärme erzeugt. Bei der direkten Erwärmung werden die Wirbelströme direkt im Metall erzeugt, sodass das zu erwärmende Objekt direkt erwärmt werden kann.
2. Indirektes Erwärmungsverfahren
Bei der indirekten Erwärmung können beim Erwärmen von Isolatoren wie Keramik keine Wirbelströme im erwärmten Objekt erzeugt werden. Eine indirekte Beheizung kann daher dadurch erreicht werden, dass das zu beheizende Objekt in einen leitfähigen Behälter gestellt und der Behälter beheizt wird.
Um die Heizleistung zu erhöhen, wird der Abstand zwischen der äußeren Form des zu beheizenden Objekts und der Heizspule verringert, wodurch die übertragene Flussdichte erhöht wird. Außerdem wird die Erwärmung durch die Steuerung der Frequenz der Wechselstromversorgung zwischen einigen zehn Hz und Hunderten von kHz erreicht.
Weitere Informationen zu Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlagen
1. Vorteile
Gleichmäßige Erwärmung
Die Wärme wird durch Widerstandserwärmung gegen die durch elektromagnetische Induktion erzeugten Wirbelströme erzeugt, sodass das erwärmte Objekt gleichmäßig von innen erwärmt wird.
Schnelle Erwärmung
Durch die Steuerung des Senders können die Hochfrequenzwellen sofort auf das zu erwärmende Objekt übertragen werden, und aufgrund der internen Selbsterhitzung ist eine schnelle Erwärmung möglich. Im Vergleich zu Heizöfen, die Wärme von außen zuführen, ist dies eine kostengünstige Produktionsmethode mit hervorragender Produktivität, die keine Standby-Heizung benötigt.
Selektive Erwärmung
Auch bei Verbundwerkstoffen wie Aluminiumlegierungen und mit Stahl plattiertem Stahl kann nur der Teil des Verbundwerkstoffs mit dem höchsten elektrischen Widerstand selektiv erwärmt werden.
Hohe Energie-Effizienz
Bei allgemeinen Erwärmungsöfen erfolgt die externe Erwärmung durch Verbrennung oder Heizelemente, was zu Energieverlusten führt, da nicht nur das erwärmte Material, sondern auch die Ofenkomponenten und die Atmosphäre übermäßig erwärmt werden. Bei Hochfrequenz-Induktionserwärmungsanlagen wird nur das zu behandelnde Objekt durch Selbsterwärmung erwärmt, sodass keine Abfälle entstehen und die Wärmebehandlung mit hoher Energieeffizienz durchgeführt werden kann.
2. Nachteile
Teure Kapitalinvestition
Die Hochfrequenz-Induktionserwärmung hat den Nachteil, dass die anfänglichen Investitionen teuer sind, da die Hochfrequenz-Stromversorgung und die Steuergeräte teuer sind und Geräte zur Verhinderung des Austretens elektromagnetischer Strahlung in die Umgebung erforderlich sind.
Geringe Formselektivität
Wenn das elektrische Feld des zu erwärmenden Objekts ungleichmäßig wird, wird auch die Erwärmung selbst ungleichmäßig, was zu ungleichmäßigen Temperaturen führt, die im schlimmsten Fall zu Problemen wie dem Schmelzen führen können. Daher sollte das zu erwärmende Objekt eine sehr symmetrische Form haben, z. B. einen Zylinder, während es schwierig ist, komplexe Formen wie Kanthölzer oder Zahnräder gleichmäßig zu erwärmen.
Individuelle und partielle Erwärmung
Die Hochfrequenz-Induktionserwärmung ist eine Methode zur Erwärmung des gesamten oder nur eines Teils des zu erwärmenden Objekts mit Hilfe einer beliebig geformten Spule, die das zu erwärmende Objekt gleichmäßig erwärmt. Aus diesem Grund handelt es sich im Grunde um ein Fließverfahren in einem Stück, was bedeutet, dass eine chargenweise Massensimultanverarbeitung wie bei der externen Erwärmung nicht möglich ist. Je nach Produkt und Produktionsbedingungen kann dies auch den Nachteil einer geringeren Produktivität haben.