EOW May 2007

deutsch

Leiters zu fließen, bei einer Tiefe, die vom Widerstand des Leiters, der Frequenz des Wechselstroms und der effektiven Permeabilität des Leiters abhängt. Die effektive Stromeindringtiefe, in metrischer Form, wird anhand nachfolgender Formel bestimmt:

Es

werden

auch

andere

Demzufolge können bei der Bestimmung des Wärmeinhalts zur Erwärmung von gekohltem Stahl 1.022°F (550°C) und 1.652°F (900°C), als grobe Erfahrungsregel spezifische Wärmefaktoren von 0,58 und 0,63 angesetzt werden. Nimmt man diese Regel an, so entspricht der Wärmeinhalt des auf 1.022°F (550°C) erwärmten Drahts 2,31 x lb/min (1,05 x kg/min) und bei 1.652°F (900°C) 4,27 x lb/min (1,94 x kg/min), wobei das Ergebnis in kW ausgedrückt wird. Nachdem der Wärmeinhalt des Produkts bestimmt ist, wird darauffolgend die Leistungsabgabe der Stromversorgungseinheit bestimmt, indem ein Wärmewirkungsgrad bezüg- lich des Stromversorgungsausgangs festgesetzt wird. Wärmewirkungsgrad Das typische Induktionssystem besteht aus einer Stromversorgungseinheit, einem Heizspulensystem und Einrichtungen um die Heizspule (und den bearbeiteten Draht) mit der Stromversorgungseinheit zu „verbinden“. Die Stromversorgungseinheit ist auch als Konverter, Inverter oder Generator bekannt. Diese Einheit verwandelt eine 3-Phasen-Versorgung von 50 oder 60 Hz in eine 1-Phasen- Versorgung mit einer nominalen Ausgangsfrequenz zwischen 250Hz und 800kHz, und Ausgangsleistungen von 1kW bis 4MW, in einer großen Auswahl an Netzfrequenzkombinationen. Außerdem stehen auch einige Zwei- frequenzkombinationen zur Verfüg- ung. Diese Stromversorgungseinheiten basieren sowohl auf Thyristoren wie auf Transistoren. Das Heizspulensystem, wie jenes, das für Drahterwärmungsanwendungen benutzt wird, umfaßt ein Kupferrohr, das spiralförmig gewickelt wird. Das Rohr kann rund, viereckig oder rechteckig sein und ist oft zusätzlich mit einem hartgelöteten Kupferband im Innendurchmesser der Spirale ausgestattet. Die Spulenlänge, der Innendurchmesser, die Windungszahl und der Prozentsatz an Kupfer gelten gegenüber dem Freiraum entlang des Innendurchmessers der Spirale alle als wichtige Faktoren für den Wirkungsgrad. Stromversorgungseinheiten werden innerhalb eines Frequenzbands laufen, d.h. 7-11kHz, 20-25kHz und 40-50kHz je für die nominalen Ausgangsfrequenzen der 10kHz, 25kHz- und 50kHz-Einheiten. Damit ein Betrieb innerhalb dieses Band erreicht wird, wird die Spuleninduktivität und -betriebsspannung sowie die Kapazitätsmenge(KVAR)imBehälterkreislauf der Stromversorgungseinheit verändert, um sich so spezifischen Drahtabmes- sungen, Materialien, Durchsatzraten und Temperaturen anzupassen. Sämtliche

Stromeindringtiefen

für

verschiedene

Materialien bei unterschiedlichen Frequenzen angewandt. Erwärmungsverfahren wird eine Metallkomponente erwärmt, die in oder neben einer Induktionsspule angeordnet wird, indem ein Induktionsstrom durch die Spule fließt, die wiederum einen anderen Strom in die Komponente führt. Die Wärme wird durch den Widerstand gegen den genannten Induktionsstrom erzeugt, entsprechend dem Gesetz I²R (wo I = Strom und R = Widerstand ist) sowie durch den Ummagnetisierungsverlust in magnetischen Werkstoffen – eine Wirkung, die bei der Curie-Temperatur (zirka 1.400°F/760°C) entfällt. Stromauswahl (entsprechend eines durchwärmten Drahts) Mit einer richtig bestimmten Frequenz und geeigneten ausgewählten Stromversorgungseinheiten, ist danach der Leistungsbedarf zu berücksichtigen, wobei zunächst der Wärmeinhalt des Leiters zu bestimmen ist. Der Wärmeinhalt eines beweglichen Drahts ist lediglich eine Funktion aus Massendurchsatz, der spezifischen Wärme und des Temperaturanstiegs. Jedoch kompliziert sich diese scheinbar einfache Berechnung durch die Tatsache, daß die spezifische Wärme sich mit dem Temperaturanstieg verändert. Nimmt man beispielsweise einen mittelgekohlten Stahl, verändert sich die spezifische Wärme durch einen Faktor von 1,3 zwischen 68°F (20°C) und 1.022°F (550°C) und 1,5 zwischen 68°F (20°C) und 1.652°F (900°C). und Temperaturen Im induktiven

F μ π ρ 10 r

20 1

=

In der oben genannten Formel: p = Stromeindringtiefe r =Widerstand in Mikroohm-Zentimeter µ = effektive Permeabilität (µ = 1 für unmagnetische Werkstoffe) Durch Auswahl der richtigen Frequenz, kann kontrolliert werden, welcher Materialanteil erwärmt wurde, mit Hochfrequenzen, die niedrige Niveaus effektiver Eindringung zur Folge haben und mit Niederfrequenzen, die eine tiefere Eindringung bewirken. Mit der oben genannten Formel werden zirka 90% der gesamten Wärme in der Schichttiefe “p” hergestellt, mit größeren Tiefen, die mittels Leitung durch das Material erwärmt werden. Um jedenfalls die höchste Wirkung durch das Erwärmen zu erzielen, sollte die Überlappung der Gegenströme vermieden werden, die in den gegenüberliegenden Oberflächen des Leiters fließen, um die Stromlöschung zu verhindern. Normalerweise sollte “p” unter der Hälfte des Leiterradius liegen, obwohl diese Vorgabe nicht immer angewandt wird.

Bild 1 . Drahtanlage mit Härte- und Vergütungsverfahren ▼

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EuroWire – Mai 2007